[논문 리뷰] Long- and short-term variability in O-star winds II. Quantitative analysis of DAC behaviour

L. Kaper, H. F. Henrichs외 2명|arXiv (Cornell University)|1998. 12. 23.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 3인용 수 24

한 줄 요약

이 연구는 IUE 장기 관측을 통해 10개의 O형 항성의 자외선 공명선에서의 이산 흡수 성분(DACs)에 대한 정량적 분석을 제시한다. DACs를 항성의 자전과 자기장에 의해 구동되는 공전 상호작용 영역(CIRs)으로 모델링함으로써, 저자들은 DAC의 반복 주기가 항성 자전 주기의 정수 분수(주로 1/2)임을 발견하였으며, 이는 DAC의 변동성으로부터 간접적으로 자전 주기를 측정할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

A quantitative analysis of time series of ultraviolet spectra from a sample of 10 bright O-type stars (cf. Kaper et al. 1996, Paper I) is presented. The migrating discrete absorption components (DACs), responsible for the observed variability in the UV resonance doublets, are modeled. It turns out that the column density of a DAC first increases and subsequently decreases with time when the component is approaching its asymptotic velocity. In some cases this velocity systematically differs from event to event. The recurrence timescale of DACs is derived for most targets, and consistent results are obtained for different spectral lines. The DAC recurrence timescale is interpreted as an integer fraction of the stellar rotation period. In some datasets the variability in the blue edge of the P Cygni lines exhibits a longer period than the DAC variability. This might be related to the systematic difference in asymptotic velocity of successive DACs. The phase diagram for the O giant xi Persei shows clear evidence for so-called ``phase bowing'', which is an observational indication for the presence of curved wind structures like corotating interaction regions. No other O stars in our sample convincingly show phase bowing, but this could be simply due to the absence of periodic signal and hence coherent phase behaviour at low wind velocities.

연구 동기 및 목표

• 국제 자외선 탐사선(IUE)의 자외선 스펙트럼을 사용하여 O형 항성 바람의 장기적 변동성을 정량적으로 분석하는 것.
• P Cygni 프로파일에서 이산 흡수 성분(DACs)을 분리하고 그 시간에 따른 변화 및 운동학적 행동을 연구하기 위해 모델링하는 것.
• DAC 변동성의 특징적인 주기들을 규명하고 이를 항성 자전 주기와 연관짓는 것.
• DAC 단면도에서의 단계 굽힘(Phase bowing)의 기원을 조사하고 바람의 구조와 자기장과의 연관성을 밝혀내는 것.
• DAC 반복 주기가 O형 항성의 진정한 자전 주기를 유추하는 데 사용될 수 있는지 탐색하는 것.

제안 방법

• 각 항성에 대해 '최소 흡수' 템플릿 스펙트럼을 개발하여 DACs로부터 기저의 P Cygni 프로파일을 분리하는 것.
• 각 DAC 쌍의 중심 속도, 광학 두께, 너비, 그리고 열량 밀도를 시간 함수로 측정하는 것.
• 시간 시리즈에 푸리에 CLEAN 분석을 적용하여 DAC 변동성의 반복 주기를 식별하는 것.
• DAC 반복 주기를 파랑 끝 변동성 주기와 비교하여 단계 일치성과 잠재적인 바람의 구조를 평가하는 것.
• 단면도를 사용하여 '단계 굽힘'을 탐지함으로써 CIR과 같은 곡선 바람 구조의 직접적인 증거를 확보하는 것.
• 자전 주기의 정수 분수(예: 1/2)로 DAC 반복 주기를 해석하며, 고정된 자기장이 있는 CIR 모델을 가정하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 O형 항성 바람에서 DAC 중심 속도, 열량 밀도, 너비의 시간적 변화 패턴은 어떠한가?
• RQ2 DAC의 반복 주기와 항성 자전 주기 사이에 연관성이 있는가? 만약 그렇다면, 그 기능적 관계는 무엇인가?
• RQ3 DAC 단면도에서 관측된 단계 굽힘의 원인은 무엇이며, 바람의 구조와 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ4 어떤 DAC들은 종단 속도에 도달하기 전에 사라지는데, 이는 그들의 형성 메커니즘에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ5 DAC 반복 주기를 사용하여 O형 항성의 진정한 자전 주기를 유추할 수 있는가?

주요 결과

• DAC 열량 밀도는 초기에는 증가하다가 종단 속도에 접근함에 따라 감소하며, 일부 성분은 종단 속도에 도달하기 전에 사라진다.
• ξ Per와 68 Cyg와 같은 여러 항성에서 DAC 반복 주기가 항상 항성 자전 주기의 약 1/2로 일관되게 발견된다.
• ξ Per의 단면도에서의 단계 굽힘은 CIR과 같은 곡선 바람 구조의 직접적인 관측적 증거를 제공하며, 이는 이 O형 항성에서 DAC 행동과 유일하게 연결된다.
• 어떤 항성에서는 연속적인 DAC의 종단 속도가 체계적으로 다르게 나타나며, 이는 바람 기수의 특성 변화 또는 다수의 CIR 존재를 시사한다.
• 일부 경우에서 P Cygni 프로파일의 파랑 끝 변동성은 DAC 변동성보다 더 긴 주기를 보이며, 이는 DAC의 종단 속도에 체계적인 차이가 있기 때문일 수 있다.
• DAC 반복 주기를 자전 주기의 대체 측정 수단으로 사용하는 방법은 타당하며, 특히 $v\sin{i}$와 항성 반지름 추정치와 결합할 경우 유용하지만, 반지름과 기울기의 불확실성이 정확도에 영향을 준다.