[논문 리뷰] On the anomaly of Balmer line profiles of A-type stars. Fundamental binary systems

B. Smalley, R. B. Gardiner외 2명|ArXiv.org|2002. 09. 12.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 27인용 수 25

한 줄 요약

이 연구는 A형 항성의 효과적 온도($T_{\mathrm{eff}}$) 측정에서 오랫동안 지속된 모순을 해소한다. 기저 $T_{\mathrm{eff}}$와 $\log g$ 값을 갖는 일식 쌍성계를 사용하여 H$\alpha$ 및 H$\beta$ 선형형을 모델 대기와 맞추었을 때, 정확한 $\log g$ 값을 알고 있는 경우 Balmer 선으로 유도된 $T_{\mathrm{eff}}$와 기저 값 사이에 체계적인 편차가 없음을 발견하여, 이전에 표면중력 불확실성으로 기인된 것으로 여겨졌던 이상 현상들을 해결한다.

ABSTRACT

In previous work, Gardiner et al. (1999) found evidence for a discrepancy between the Teff obtained from Balmer lines with that from photometry and fundamental values for A-type stars. An investigation into this anomaly is presented using Balmer line profiles of stars in binary system with fundamental values of both Teff and log g. A revision of the fundamental parameters for binary systems given by Smalley & Dworetsky (1995) is also presented. The Teff obtained by fitting Halpha and Hbeta line profiles is compared to the fundamental values and those obtained from uvby photometry. We find that the discrepancy found by Gardiner et al. (1999) for stars in the range 7000 K < Teff < 9000 K is no longer evident.

연구 동기 및 목표

• A형 항성에서 Balmer 선으로부터 유도된 $T_{\mathrm{eff}}$와 광도/기본 파aram터로부터 유도된 값 사이의 이례적인 모순을 해결하는 것, 특히 7000–9000 K 범위에서.
• GKS99(1999)에서 보고된 모순이 잘못된 모델 대기 때문이 아니라 표면중력($\log g$)의 불확실성 때문이었는지 조사하는 것.
• Hipparcos 천문측위와 업데이트된 복사원소 데이터를 사용하여 15개의 일식 쌍성계의 기본 파aram터를 재평가하여 $T_{\mathrm{eff}}$와 $\log g$의 정확도를 향상시키는 것.
• 표준 MLT, MLT에 오버슈팅을 포함한 모델, 그리고 Canuto-Mazzitelli 난류 대류 이론를 적용한 세 가지 대류 모델이 기저 $T_{\mathrm{eff}}$ 값과 Balmer 선형형의 일관성을 어떻게 유지하는지 테스트하는 것.

제안 방법

• 15개의 일식 쌍성계의 거리와 반경 추정치를 향상시키기 위해 Hipparcos 천문측위를 사용하여 기저 $T_{\mathrm{eff}}$와 $\log g$를 별의 복사원소와 천구직경으로 유도한다.
• 다양한 설문(예: 2MASS, DENIS, Johnson & Mitchell)으로부터 수집하고 校정한 분광복사원소 및 적외선 복사원소를 Hayes & Latham의 절대 복사원소 척도에 통합한다.
• 적외선 복사원소 방법(IRFM)을 사용하여 광역도 측정값에서 $T_{\mathrm{eff}}$를 유도하고, 이 결과를 쌍성광선곡선 모델링으로부터 얻은 기저 값과 비교한다.
• 표준 MLT, MLT에 오버슈팅을 포함한 모델, 그리고 Canuto-Mazzitelli 난류 대류 이론를 적용한 세 가지 대류 처리 방식을 사용하여 관측된 H$\alpha$ 및 H$\beta$ 선형형을 이론 모델에 맞춘다.
• 다양한 $T_{\mathrm{eff}}$와 $\log g$를 갖는 모델 대기(ATLAS9)를 사용하여 관측된 Balmer 선형형과 가장 잘 맞는 조합을 찾고 잔차를 최소화한다.
• 천문측위, 복사원소 校정, 그리고 회전 브로드닝($v\sin i$)의 불확실성을 평가하며, 특히 $v\sin i$가 높은 별들에 대해 집중한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 정확한 $\log g$를 사용할 경우, A형 항성에서 Balmer 선으로부터 유도된 $T_{\mathrm{eff}}$와 광도/기본 파aram터로부터 유도된 값 사이의 이전 보고된 모순이 여전히 존재하는가?
• RQ2 일식 쌍성계에서 유도된 $\log g$가 알려져 있을 때 Balmer 선형형이 A형 항성에서 $T_{\mathrm{eff}}$를 신뢰성 있게 결정할 수 있는가?
• RQ3 GKS99(1999)에서 보고된 이전의 모순에서 표면중력 불확실성이 차지하는 역할은 무엇인가?
• RQ4 정확한 $\log g$가 알려져 있을 때 MLT에 오버슈팅을 포함한 모델이 여전히 기저 $T_{\mathrm{eff}}$ 값과 일관되지 않은가?
• RQ5 동일한 모델에 맞출 때 H$\alpha$ 및 H$\beta$ 선형형이 체계적인 편차를 보이는가? 이는 모델 또는 관측 편향을 시사하는가?

주요 결과

• GKS99(1999)에서 7000–9000 K 범위의 항성에 대해 보고된 Balmer 선과 기저 값 사이의 $T_{\mathrm{eff}}$ 모순은 정확한 $\log g$ 값을 사용할 경우 더 이상 나타나지 않는다.
• 정확한 $\log g$를 사용할 경우 표준 MLT 또는 Canuto-Mazzitelli 대류 모델에 맞춘 H$\alpha$ 및 H$\beta$ 선형형은 체계적인 편차가 없음을 보이며, 이때 $\alpha$는 0.5로 설정되어야 한다.
• MLT에 오버슈팅을 포함한 모델(MLT_OV)은 여전히 기저 $T_{\mathrm{eff}}$ 값과 유의미하게 일치하지 않으며, 이는 이전 연구 결과를 확인한다.
• HR 4534와 HR 8728와 같은 항성의 경우 이전의 모순은 Balmer 선이 $T_{\mathrm{eff}}$에 민감하지 않으며 $\log g$에 매우 민감하기 때문에 발생했을 가능성이 크며, 이는 모델의 실패 때문이 아니라 $\log g$의 불확실성 때문이었다.
• IRFM로 유도된 $T_{\mathrm{eff}}$ 값은 기저 값과 뛰어난 일치를 보이며, 이는 정확히 적용되었을 때 두 방법의 신뢰성을 확인한다.
• 이 연구는 Balmer 선이 8000–9000 K 범위에서 $\log g$에 매우 민감함을 확인하여, 정밀한 중력 제약 조건이 없이 이 선들을 사용한 $T_{\mathrm{eff}}$ 결정은 신뢰할 수 없다고 결론내린다.