[논문 리뷰] Similarities in the structure of the circumstellar environments of B[e] supergiants and yellow hypergiants

A. Aret, И. Колка외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 11. 14.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 적외선 스펙트로스코피를 이용해 뜨거운 노랑 초거성 항성(YHGs)과 B[e] 초거성 항성(B[e]SGs)에서 공통적인 원형성성 구조를 규명하며, 양자리 모두에서 [O i] 및 [Ca ii] 금지선 방출선에 의해 추적되는 디스크 형태의 환경을 발견하였다. V509 Cas에서의 이러한 선의 운동학적 프로파일은 케플러 운동을 따르는 디스크를 시사하며, YHG가 축대칭 질량 방출을 통해 B[e]SG로 진화할 수 있는 가능성이 제기된다.

ABSTRACT

Yellow Hypergiants (YHGs) and B[e] supergiants (B[e]SGs), though in different phases in their evolution, display many features in common. This is partly due to the fact that both types of objects undergo strong, often asymmetric mass loss, and the ejected material accumulates in shells, rings, or disk-like structures, giving rise to emission from warm molecules and dust. We performed an optical spectroscopic survey of northern Galactic emission-line stars aimed at identifying tracers for the structure and kinematics of circumstellar environments. We identified two sets of lines, [O I] and [Ca II], which originate from the discs of B[e]SGs. The same set of lines is observed in V1302 Aql and V509 Cas, which are both hot YHGs. While V1302 Aql is known to have a disc-like structure, the kinematical broadening of the lines in V509 Cas suggest a Keplerian disk or ring around this star alike their hotter B[e]SG counterparts.

연구 동기 및 목표

• B[e] 초거성 항성과 노란 초거성 항성의 원형성성 환경에서의 구조적 및 운동학적 유사성을 조사하기 위해.
• 뜨거운 YHG가 밀도가 높고 케플러 운동을 따르는 디스크로 알려진 B[e]SGs와 유사한 디스크 형태의 구조를 보이는지 확인하기 위해.
• 금지선 방출선 분석을 통해 YHG와 B[e]SGs 간의 진화적 연관성 탐색하기 위해.
• YHG의 황색 빈도를 통과하는 동안 펄세이션에 의해 질량 방출이 구형에서 축대칭으로 전이되는지 평가하기 위해.

제안 방법

• Perek 2m 망원경의 Coudé 스펙트로스코프를 사용해 북반천의 은하계 방출선 별들을 대상으로 고해상도 광학 스펙트로스코픽 조사(R ≈ 13,000–18,000)를 수행하였다.
• 특정 금지선 방출선에 초점을 맞췄다: [O i] λλ6300, 6364 및 [Ca ii] λλ7291, 7324. 이들은 고밀도이고 확장된 원형성성 구조를 추적하는 데 알려져 있다.
• 선 프로파일을 분석하여 원형성성 물질의 운동학적 특성과 기하학적 형태를 추론하였으며, 특히 도전형 피크를 보이는 이중피크 프로파일을 통해 도전형 디스크나 고리의 존재를 탐색하였다.
• B[e]SGs(예: MWC 349A, 3 Pup)와 비교하여 뜨거운 YHG(V1302 Aql, V509 Cas)와 차가운 YHG(ρ Cas, V1427 Aql)의 스펙트럼 특징을 분석하여 공통적인 추적자들을 확인하였다.
• Ca ii 적외선 삼중선(8470–8980 Å)을 사용해 방출 조건과 방출 기하학적 형태를 보완적으로 진단하였다.
• 스펙트럼 선 행동을 항성의 유효 온도와 진화 상태와 연관지어 YHG 진화 과정에서 질량 방출 기하학의 변화를 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 뜨거운 노란 초거성 항성은 B[e] 초거성 항성에서 관찰되는 것과 유사한 디스크 형태의 기하학적 구조를 보이나?
• RQ2 YHG에서 [O i] 및 [Ca ii] 금지선 방출선의 운동학적 프로파일은 케플러 운동을 따르는 디스크나 고리를 시사하는가?
• RQ3 YHG가 황색 빈도를 통과하는 동안 펄세이션은 질량 방출의 구형에서 축대칭으로의 전이에 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 공통적인 원형성성 특징을 바탕으로 뜨거운 YHG와 B[e]SGs 사이에 검출 가능한 진화적 연관성이 있는가?
• RQ5 왜 뜨거운 YHG만이 [O i] 및 [Ca ii] 선에서 방출을 보이고, 차가운 YHG는 [Ca ii]만 방출 또는 흡수를 보이는가?

주요 결과

• [O i] 및 [Ca ii] 금지선 방출선은 B[e]SGs와 뜨거운 YHG 양쪽 모두에서 검출되었으며, 이는 유사한 고밀도이고 확장된 원형성성 구조를 시사한다.
• 뜨거운 YHG인 V509 Cas에서 [Ca ii] 선은 이중피크 프로파일을 보이며, 주어진 스펙트럼 해상도에서 [O i] 선은 단일피크를 보여, [Ca ii]가 더 별에 가까운 곳에서 도전형 디스크나 고리에서 형성됨을 시사한다.
• V509 Cas에서 [Ca ii] 선의 운동학적 넓이가 케플러 운동 프로파일과 일치하여 디스크 형태의 기하학적 구조 존재를 뒷받침한다.
• 뜨거운 YHG인 V1302 Aql은 좁고 단일피크 금지선을 보이며, 이는 디스크의 축면 방향에서의 관측과 일치하며, 거대하고 먼지로 이루어진 원형성성 디스크를 지닌 것으로 알려져 있다.
• 차가운 YHG(ρ Cas, V1427 Aql)는 [Ca ii] 방출 또는 흡수만 보이며 [O i] 검출가능성이 없어, 더 낮은 이온화 상태 또는 다른 기하학적 형태일 수 있으며, 이는 더 낮은 온도와 밀도가 높고 따뜻한 디스크 물질이 부족하기 때문일 수 있다.
• YHG에서 구형에서 축대칭 질량 방출로의 전이가 황색 빈도 통과 동안의 펄세이션 변화와 연관되어 있으며, 뜨거운 YHG는 B[e]SGs와 유사한 디스크 특징을 보여준다.