[논문 리뷰] Bright OB stars in the Galaxy IV. Stellar and wind parameters of early to late B supergiants

N. Markova, J. Puls|ArXiv.org|2007. 11. 07.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 69인용 수 100

한 줄 요약

이 연구는 11개의 은하수 B 초거성 항성(B0에서 B9까지)에 대해 항성 및 성층 매개변수를 결정하기 위해 NLTE 대기 코드 FASTWIND를 사용하여, 선(blanketing) 및 성층(blanketing) 효과로 인해 유효 온도 척도가 10–20% 하향 조정되어야 한다고 밝힘. 주요 발견은 이중 안정성 영역 내에서 질량 손실률($\dot{M}$)이 0.4–2.5배로만 변화함을 보여, 이는 $v_\infty$가 감소하는 동안 $\dot{M}$가 증가하여 보상된다는 이론적 예측과 정면으로 배치됨.

ABSTRACT

We apply the NLTE atmosphere code FASTWIND to perform a spectroscopic study of a small sample of Galactic B-supergiants from B0 to B9. By means of the resulting data and incorporating additional datasets from alternative studies, we investigate the properties of OB-supergiants and compare our findings with theoretical predictions. As a result we find that due to the combined effects of line- and wind-blanketing, the temperature scale of Galactic B-supergiants needs to be revised downwards, by 10 to 20 percent, the latter value being appropriate for stronger winds. In fair accordance with recent results, our sample furthermore indicates a gradual decrease in wind terminal velocities over the bi-stability region, where the limits of this region are located at lower temperatures than the predicted ones. Introducing a distance-independent quantity Q' related to wind-strength, we also show that this quantity is a well defined, monotonically increasing function of Teff outside this region. Inside and from hot to cool, the mass loss rate changes by a factor (in between 0.4 and 2.5) which is (much) smaller than the predicted factor of 5. All this indicates that the decrease in wind terminal velocity over the bi-stability region is not over-compensated by an increase of mass loss rate, as frequently argued (provided the wind-clumping properties on both sides of this region do not differ substantially).

연구 동기 및 목표

• 은하수 B 초거성의 초기형에서 늦은 스펙트럼 형식까지의 샘플(예: B0에서 B9까지)에 대해 신뢰할 수 있는 항성 및 성층 매개변수를 결정하기 위해.
• 선 및 성층 효과가 B 초거성의 유효 온도 척도에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 관측된 스펙트럼 데이터와 이론적 예측된 성층 특성($v_\infty$, $\dot{M}$)을 비교하기 위해.
• 이중 안정성 영역 내에서 거리에 의존하지 않는 새로운 성층 강도 매개변수 $Q'$의 행동을 분석하기 위해.
• 성층 응집(clumping) 및 매크로 turbulent 속도가 관측된 선형형 및 성층 진단을 해석하는 데 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 관측된 B 초거성 항성의 스펙트럼 선형형을 합성하기 위해 NLTE 대기 코드 FASTWIND를 사용함.
• 합성 선형형과의 일치를 통해 항성 및 성층 매개변수(예: $T_{\rm eff}$, $\dot{M}$, $v_\infty$, 미세 난류 속도)를 유도함.
• 선형형 너비에 기여하는 항성 회전과 매크로 turbulent 속도를 분리하기 위해 푸리에 기법을 적용함.
• 스펙트럼 피팅 정확도 향상을 위해 미세 난류 속도 추정과 병행하여 Si 농도 결정을 수행함.
• 성층 행동을 $T_{\rm eff}$에 따라 분석하기 위해 거리에 의존하지 않는 새로운 성층 강도 매개변수 $Q' = \dot{M} / (R_\star^{1.5} \, g_{\rm eff} / v_\infty)$를 도입함.
• 관측된 $Q'$ 및 성층 특성과 Vink 등(2000)의 이론적 예측 및 최근 관측 데이터셋을 비교함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 선 및 성층 효과가 중간형 및 늦은 형의 B 초거성의 유효 온도 척도에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 이중 안정성 영역 내에서 관측된 성층 매개변수($v_\infty$, $\dot{M}$)가 이론적 예측과 얼마나 다를까?
• RQ3 이중 안정성 영역 외부에서는 $Q'$가 $T_{\rm eff}$에 대해 잘 정의된 함수인지, 내부에서는 어떻게 행동하는가?
• RQ4 이론적으로 예측된 바와 같이 $v_\infty$ 감소를 보상하기 위해 $\dot{M}$이 증가하는가, 관측된 $\dot{M}$ 변화가 이를 초과하는가?
• RQ5 응집 효과 및 매크로 turbulent 속도가 성층 진단 및 유도된 매개변수의 해석에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 선 및 성층 효과로 인해 은하수 B 초거성의 유효 온도 척도는 10–20% 하향 조정되어야 하며, 강한 성층을 가진 항성일수록 보다 큰 수정이 적용됨.
• 이중 안정성 영역은 이론적 예측(22.5–27 kK)보다 낮은 $T_{\rm eff}$(18–23 kK)에 위치해 있으며, $v_\infty$는 이 영역에서 점진적으로 감소함.
• 새로운 성층 강도 매개변수 $Q'$는 이중 안정성 영역 외부에서는 잘 정의되고 단조롭게 증가하는 함수이며, 일관된 성층 행동을 나타냄.
• 이중 안정성 영역 내에서 뜨거운 항성에서 차가운 항성으로 이동할 때 $\dot{M}$은 0.4에서 2.5배로만 변화함. 이는 이론적 예측의 5배 변화보다 훨씬 작음.
• $v_\infty$ 감소가 $\dot{M}$ 증가로 충분히 보상되지 않음. 이는 성층 운동량이 점프 영역을 넘어서 증가해야 한다는 이론적 예측와 정면 배치됨.
• 이론적 질량 손실률은 특히 이중 안정성 영역의 차가운 쪽에서 과대평가되어 있을 가능성이 있으며, 응집 및 복사장 효과를 포함한 재구성된 성층 모델이 필요함.