[논문 리뷰] Bright OB stars in the Galaxy.II. Wind variability in O supergiants as traced by H-alpha

N. Markova, J. Puls외 2명|ArXiv.org|2005. 05. 31.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 28인용 수 41

한 줄 요약

이 연구는 15개의 O형 초거성에서 Hα 선형도 변화(LPV)를 시간 분산 스펙트럼(TVS) 분석을 통해 바람 변동성을 조사하여, 모든 별이 1.5 R⋆ 이내에서 발생하는 바람 과정에 의해 지배되는 유의미한 LPV를 나타낸다. 결과적으로 Hα 변화는 1.5 R⋆ 이내에서 발생하며, 강한 바람의 경우 질량 손실률 변화가 ±4% 수준, 약한 바람의 경우 ±16% 수준이며, 지역적 산란 외에는 바람 운동량-광도 관계(WLR)에 미치는 영향은 최소한이다.

ABSTRACT

We investigate the line-profile variability (lpv) of H-alpha for a large sample of O-type supergiants. We used the Temporal Variance Spectrum (TVS) analysis, developed by Fullerton et al 1996 and modified by us to take into account the effects of wind emission. By means of a comparative analysis we put a number of constraints on the properties of the variability as a function of stellar and wind parameters. The results of our analysis show that all the stars in the sample show evidence of significant lpv in H-alpha, mostly dominated by processes in the wind. The variations occur between zero and 0.3 v_inf (i.e., below ~1.5 R_star), in good agreement with the results from similar studies. A comparison between observations and line-profile simulations indicates that for stars with intermediate wind densities the H-alpha variability can be explained by simple models, consisting of coherent or broken shells (blobs) uniformly distributed over the wind volume, with an intrinsic scatter in the maximum density contrast of about a factor of two. For stars at lower and higher wind densities, on the other hand, we found certain inconsistencies between observations and our predictions, most importantly concerning the mean amplitude and the symmetry properties of the TVS. This disagreement might be explained with the presence of coherent large-scale structures, partly confined in a volume close to the star. Interpreted in terms of a variable mass-loss rate, the observed variations of H-alpha indicate changes of 4% with respect to the mean value of M_dot for stars with stronger winds and of 16% for stars with weaker winds. The effect of these variations on the corresponding wind momenta is rather insignificant (<0.16 dex), increasing the local scatter without affecting the Wind Momentum Luminosity Relationship.

연구 동기 및 목표

• 통계적으로 타당한 O형 초거성 샘플에서 Hα의 선형도 변화(LPV)의 성격과 기원을 조사하기 위해.
• TVS를 통해 정량화된 바람 변동성이 빛의 강도, 스펙트럼 유형, 질량 손실률 등의 항성 및 바람 매개변수에 어떻게 의존하는지 결정하기 위해.
• 관측된 LPV가 바람 내에 균일하게 분포된 일관성 있는 쉘 또는 끊어진 쉘(블롭)의 단순 모델로 설명 가능한지 평가하고, 극단적인 바람 밀도 영역에서의 불일치를 식별하기 위해.
• 바람 변동성이 바람 운동량-광도 관계(WLR)에 미치는 영향을 평가하기 위해, 특히 기본 개념 자체에 영향을 주는지 아니면 지역적 산란만을 유도하는지에 대해.
• 다른 에포크에서의 Hα 프로파일을 비교하여 장기적인 대기 변동성이 존재하는지 조사하기 위해.

제안 방법

• 고신호대비비율, 고해상도 스펙트럼을 사용하여 바람 발광 특징을 고려한 TVS 분석을 15개의 O 초거성에 적용하였다.
• Hα LPV의 평균 및 분수적 진폭을 계산하여 변동성 강도와 바람 밀도 및 항성 매개변수에 대한 의존도를 정량화하였다.
• 관측된 TVS 프로파일을 모의하기 위해 일관성 있는 쉘 및 끊어진 쉘(블롭)의 1차원 및 2차원 시뮬레이션을 바람 내에 균일하게 분포시켜 수행하였다.
• 관측된 TVS 프로파일과 시뮬레이션된 프로파일을 비교하여 일치성을 평가하였으며, 내재된 변동성을 고려하기 위해 최대 밀도 대비의 ±2배의 산란을 허용하였다.
• 관측된 Hα 변동성을 시간에 따라 변하는 질량 손실률(Ṁ)의 관점에서 해석하여 관측 간격 동안 최대/최소 Ṁ의 진폭과 비율을 추정하였다.
• 변동성이 바람 운동량률에 미치는 영향을 평가하였으며, 관측된 산란을 이론적 기대치와 이전 연구(Kudritzki 1999)와 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 O 초거성에서 Hα 선형도 변화의 공간적 범위와 속도 범위는 무엇이며, 바람 구조와 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ2 관측된 Hα LPV는 바람 내에 균일하게 분포된 일관성 있는 쉘 또는 파편화된 쉘(블롭)의 단순 모델로 어느 정도 설명될 수 있는가?
• RQ3 매우 낮고 매우 높은 바람 밀도 영역에서 관측된 TVS와 시뮬레이션된 프로파일 간의 불일치는 대칭성과 진폭 측면에서 무엇을 시사하는가?
• RQ4 관측된 Hα 변화는 시간에 따라 변하는 질량 손실률로 어떻게 해석되며, 이러한 변화의 일반적인 진폭은 무엇인가?
• RQ5 바람 변동성이 바람 운동량-광도 관계(WLR)에 중대한 영향을 미치는가, 아니면 지역적 산란만을 유도하는가?

주요 결과

• 샘플 내 15개의 O 초거성 모두가 유의미한 Hα 선형도 변화를 보이며, 주로 1.5 R⋆ 이내(0.3 v∞ 이하)에서 발생하는 바람 과정에 의해 지배된다.
• 중간 정도의 바람 밀도를 가진 별들에 대해서는 균일하게 분포된 일관성 있는 쉘 또는 끊어진 쉘 모델이 Hα LPV를 잘 설명하며, 최대 밀도 대비의 산란은 약 2배 수준이다.
• 저밀도 및 고밀도 영역에서의 불일치는 균일한 쉘 모델이 포착하지 못하는 대규모, 일관성 있고 공간적으로 국한된 구조(예: CIRs)가 별 근처에 존재함을 시사한다.
• Hα 변동성은 강한 바람을 가진 별의 경우 평균 기준으로 질량 손실률 변화가 ±4% 수준, 약한 바람의 경우 ±16% 수준이며, 샘플 평균 최대/최소 Ṁ 비율은 1.22이다.
• 변동성이 바람 운동량률에 미치는 영향은 0.16 dex 이하이며, 바람 운동량-광도 관계(WLR)에 중대한 영향을 주지 않음을 시사하지만, 지역적 산란을 증가시킬 수 있다.
• Hα 프로파일은 수십 년에 걸친 장기적 변동성이 없으며, 이는 이전 관측 결과와 일치함을 보여, 연구 기간 동안 별의 대기 구조가 안정되어 있음을 시사한다.