[논문 리뷰] An In-Depth Spectroscopic Analysis of the Blazhko Star RR Lyr. I. Characterisation of the star: abundance analysis and fundamental parameters

K. Kolenberg, L. Fossati외 5명|Open Research Online (The Open University)|2010. 04. 28.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 25

한 줄 요약

이 연구는 맥클랜던 관측소에서 확보한 고해상도, 고신호대비비율 스펙트럼을 이용하여 블라즈코 변수 RR Lyr에 대한 자기일관성 있는 스펙트럼 분석을 제시한다. 최대 반경 펄레이션 단계에서 데이터를 분석함으로써 깊이에 따라 변화하는 미세 turbulent 속도를 고려하여 기본 파arameter와 원소 농도 분포를 결정하였으며, 고정된 $\upsilon_{\mathrm{mic}}$ 값을 사용할 경우 원소 농도가 최대 0.06 dex 과소평가됨을 밝혀냈다.

ABSTRACT

The knowledge of accurate stellar parameters is a keystone in several fields of stellar astrophysics, such as asteroseismology and stellar evolution. Although the fundamental parameters can be derived both from spectroscopy and multicolour photometry, the results obtained are sometimes affected by systematic uncertainties. In this paper, we present a self-consistent spectral analysis of the pulsating star RR Lyr, which is the primary target for our study of the Blazhko effect. We used high-resolution and high signal-to-noise ratio spectra to carry out a consistent parameter determination and abundance analysis for RR Lyr. We provide a detailed description of the methodology adopted to derive the fundamental parameters and the abundances. Stellar pulsation attains high amplitudes in RR Lyrae stars, and as a consequence the stellar parameters vary significantly over the pulsation cycle. The abundances of the star, however, are not expected to change. From a set of available high-resolution spectra of RR Lyr we selected the phase of maximum radius, at which the spectra are least disturbed by the pulsation. Using the abundances determined at this phase as a starting point, we expect to obtain a higher accuracy in the fundamental parameters determined at other phases. The set of fundamental parameters obtained in this work fits the observed spectrum accurately. Through the abundance analysis, we find clear indications for a depth-dependent microturbulent velocity, that we quantified. We confirm the importance of a consistent analysis of relevant spectroscopic features, application of advanced model atmospheres, and the use of up-to-date atomic line data for the determination of stellar parameters. These results are crucial for further studies, e.g., detailed theoretical modelling of the observed pulsations.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 스펙트로스코피를 이용하여 블라즈코 변수 RR Lyr의 정확한 기본 파arameter(효과 온도, 표면중력, 금속성)를 결정하기 위해.
• 펄레이션에 의해 유도되는 스펙트럼 왜곡으로 인해 이전에 발생한 원소 농도 결정의 모순을 해결하기 위해.
• 대기 깊이에 따라 변화하는 미세 turbulent 속도를 정량적으로 규명하여 고정된 $\upsilon_{\mathrm{mic}}$ 가정의 한계를 해결하기 위해.
• 블라즈코 효과 및 펄레이션 역학 모델링의 기초가 되는 정교하고 자기일관성 있는 항성 파arameter 및 농도 집합을 제공하기 위해.
• 특히 키퍼 미션 관측 결과를 고려할 때, RR Lyr 성질을 이해하기 위한 항성진동 모델링 및 이론적 연구를 지원하기 위해.

제안 방법

• 맥클랜던 관측소의 2.7m 망원경에 탑재된 로버트 G. 툴 쿠드 스펙트로스코프를 이용하여 RR Lyr의 고해상도, 고신호대비비율 스펙트럼을 확보하였다.
• 펄레이션에 의한 스펙트럼 왜곡을 최소화하기 위해 최대 반경 단계를 분석에 적합한 시점으로 선정하였다.
• 모델 대기계산에 LLmodels를, 합성 선형형태 합성 및 열평형 상태에서의 원소 농도 분석에 SYNTH3/WIDTH9를 사용하였다.
• 효과 온도($T_{\mathrm{eff}}$)를 유도하기 위해 Hγ 선의 합성 선형형태 피팅을 수행하였고, 표면중력($\log g$)을 제약하기 위해 이온화 평형 조건을 적용하였다.
• 열평형 상태에서의 원소 농도 분석을 위해 원소 농도를 등가폭에 대한 그래프로 그렸으며, 고정된 값과 깊이에 따라 변화하는 미세 turbulent 속도 프로파일을 모두 테스트하였다.
• 반복적 피팅을 통해 깊이에 따라 변화하는 $\upsilon_{\mathrm{mic}}$를 정량화하였으며, 관측된 선 강도와 합성 선 강도 간의 일치도를 향상시켰다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최대 반경 단계에서 RR Lyr에 대한 가장 정확한 기본 파arameter(효과 온도, 표면중력, 금속성)는 무엇인가?
• RQ2 펄레이션에 의해 유도되는 스펙트럼 왜곡은 원소 농도 결정에 어떤 영향을 미치며, 최적의 단계를 선택함으로써 이를 완화할 수 있는가?
• RQ3 관측된 등가폭과 합성 선형형태를 일치시키기 위해 깊이에 따라 변화하는 미세 turbulent 속도가 반드시 필요한가, 그리고 그 정량적 프로파일은 어떻게 되는가?
• RQ4 고정된 $\upsilon_{\mathrm{mic}}$를 가정할 경우 원소 농도 결정에 어떤 영향을 미치며, 그로 인한 체계적 오차는 얼마나 큰가?
• RQ5 유도된 원소 농도와 파arameter는 이전 연구와 비교하여 어떻게 다른가, 그리고 블라즈코 효과 모델링에 어떤 함의를 지니는가?

주요 결과

• 최대 반경 단계에서 RR Lyr의 효과 온도는 Hγ 선에 대한 합성 선형형태 피팅을 통해 $T_{\mathrm{eff}} = 6125 \pm 50$ K로 유도되었다.
• 이온화 평형 조건을 적용하여 표면중력은 $\log g = 2.4 \pm 0.2$로 결정되었다.
• 깊이에 따라 변화하는 미세 turbulent 속도 프로파일이 처음으로 유도되었으며, 고정된 $\upsilon_{\mathrm{mic}}$를 사용할 경우 원소 농도가 최대 0.06 dex 과소평가됨을 확인하였다.
• 농도 분석 결과, RR Lyr는 모든 중원소에서 농도가 낮은 것으로 나타났으며, 이는 이전 연구와 일치한다.
• 깊이에 따라 변화하는 $\upsilon_{\mathrm{mic}}$를 사용할 경우 스펙트럼 전반에서 관측된 선 강도와 합성 선 강도 간의 일치도가 크게 향상되었다.
• 본 연구는 향후 항성진동 모델링 및 블라즈코 효과에 대한 이론적 연구에 필수적인 정교하고 자기일관성 있는 항성 파arameter 및 농도 집합을 제공한다.