[논문 리뷰] New insights into the nature of the SMC WR/LBV binary HD 5980

C. Foellmi, Gloria Koenigsberger외 15명|arXiv (Cornell University)|2007. 11. 30.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 16인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 거대한 SMC 이중성 HD 5980의 광학 스펙트로스코픽 관측을 제시하며, 변동하는 방출선(N IV, N V)으로부터 도출된 도플러 속도 곡선을 이용해 주성(별 A, 폭발성 LBV/WR)의 질량을 58–79 M⊙, 그의 WR 유사 동반성(별 B)의 질량을 51–67 M⊙로 추정한다. 결과는 이 시스템의 극단적인 성격을 확인하며, 시스템의 '제3광선' 기여자로 추정되는 제3성, 아마도 이중성일 가능성이 높은 성체의 존재를 지지한다.

ABSTRACT

We present the results of optical wavelength observations of the unusual SMC eclipsing binary system HD 5980 obtained in 1999 and 2004--2005. Radial velocity curves for the erupting LBV/WR object (star A) and its close WR-like companion (star B) are obtained by deblending the variable emission-line profiles of N IV and N V lines under the simplistic assumption that these lines originate primarily in the winds of star A and star B. The derived masses M_A=58--79 Mo and M_B=51--67 Mo, are more consistent with the stars' location near the top of the HRD than previous estimates. The presence of a wind-wind interaction region is inferred from the orbital phase-dependent behavior of He I P Cygni absorption components. The emission-line intensities continued with the declining trend previously seen in UV spectra. The behavior of the photospheric absorption lines is consistent with the results of Schweickhardt (2002) who concludes that the third object in the combined spectrum, star C, is also a binary system with P(starC)~96.5 days, e=0.83. The data used in this paper will be made publicly available for further analysis.

연구 동기 및 목표

• 방출선 프로파일에서 유도된 도플러 속도 곡선을 이용해 HD 5980 이중성 시스템 내 두 주성의 천체역학적 질량을 결정하기.
• 두 주성에 의해 설명되지 않는 '제3광선'의 기원을 조사하기.
• 1994년 폭발의 감소 단계 동안 풍속-풍속 상호작용 특징과 방출선 변동성의 궤도적 행동을 분석하기.
• 제3성체(별 C)가 약 96.5일의 궤도주기와 이심률 e ≈ 0.83인 이중성 시스템일 수 있다는 가설을 검증하기.
• 1999년 및 2004–2005년 다중 에포크 광학 데이터를 이용해 질량, 반지름, 볼류미터리티 등 시스템의 물리적 매개변수를 보다 정밀하게 보정하기.

제안 방법

• 고해상도 광학 스펙트럼에서 변동하는 방출선 프로파일(N IV 4057 Å, N V 4603 Å)을 분리하여 별 A와 별 B의 도플러 속도 곡선을 추출하기.
• 케플러 궤도 모델을 사용해 도플러 속도 곡선에 궤도 해석을 적용하여 별질량과 궤도 요소를 유도하기.
• He I P Cygni 흡수 성분의 위상 의존적 행동을 분석하여 두 거대성 간의 풍속-풍속 상호작용 영역 존재를 추론하기.
• 이전의 UV 데이터와의 비교를 통해 폭발 감소 단계 동안 질량 손실률의 변화 추세 평가하기.
• 광구면 흡수선 프로파일을 이용해 제3성체(별 C)의 기여를 제약하며, Schweickhardt(2002)의 결과와 일치시키기.
• Swope 및 SMARTS 망원경의 광학적 관측 데이터를 궤도 위상과 비교하여 도플러 속도 해석의 타당성을 검증하고 빛의 강도 변화를 모니터링하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HD 5980 이중성 시스템 내 두 별의 천체역학적 질량은 얼마이며, 이전 추정치와 비교해 어떻게 다를까?
• RQ2 합성 스펙트럼 내 '제3광선'의 기원은 무엇이며, 제3성체의 존재와 일치하는가?
• RQ3 He I P Cygni 흡수선의 행동은 두 거대성 간의 풍속-풍속 상호작용 영역 존재를 시사하는가?
• RQ4 방출선 강도는 폭발 후 감소 단계 동안 어떻게 변화하며, UV 스펙트럼에서 관측된 추세와 일치하는가?
• RQ5 제3성체(별 C)는 약 96.5일의 주기와 이심률 e ≈ 0.83를 가진 이중성 시스템으로 가장 잘 설명되는가?

주요 결과

• 폭발하는 LBV/WR 별(별 A)의 추정 질량은 58–79 M⊙, WR 유사 동반성(별 B)의 질량은 51–67 M⊙로, 이는 이전 추정치보다 허츠프룽-라수스도 상단 근처의 위치와 더 잘 부합한다.
• 궤도 해석은 이심률 e ≈ 0.30인 19.3일의 주기를 확인하며 이는 이전 측정치와 일치한다.
• He I P Cygni 흡수 성분의 위상 의존적 행동은 두 별 간의 풍속-풍속 상호작용 영역 존재에 강력한 증거를 제공한다.
• 방출선 강도는 UV 스펙트럼에서 관측된 추세와 일치하여 폭발 후 질량 손실률 감소가 계속되고 있음을 시사한다.
• 광구면 흡수선은 제3성체(별 C) 존재를 지지하며, Schweickhardt(2002)가 제안한 바와 같이 P ≈ 96.5일, e ≈ 0.83인 이중성 시스템의 궤도 매개변수와 일치한다.
• 자료는 시스템 내 '제3광선'이 제3성체에 기인한 것으로 확인되며, 가장 가능성 높은 해석은 이중성일 것으로 밝혀져 오랫동안 남아있던 시스템의 다중성에 대한 애매함을 해소한다.