[논문 리뷰] Spectral analysis of multi mode pulsating sdB stars II. Feige 48, KPD 2109+4401 and PG 1219+534

U. Heber, I. N. Reid외 1명|arXiv (Cornell University)|2000. 09. 11.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 Keck HIRES 스펙트럼을 사용하여 세 개의 다중모드 진동하는 하위주저본형B(śdB) 항성—Feige 48, KPD 2109+4401, PG 1219+534—에 대한 세밀한 스펙트럼 분석을 수행한다. 선 블랭킷팅된 비열평형(NLTE) 및 열평형(LTE) 모델 대기 구조를 활용하여 저자들은 대기 온도, 원소 농도, 그리고 회전 속도를 결정한다. Feige 48과 KPD 2109+4401의 경우, 발머선과 헬륨선 피팅을 통한 온도 추정치가 일치하지만, PG 1219+534의 경우 이온화 평형 분석이 선형형태 피팅보다 높은 온도를 제시하여 상당한 괴리가 발생한다. 주요 기여는 강한 확산 과정이 존재하는 상황에서도 태양과 유사한 철 농도가 확인되었으며, 이는 이론적 예측을 지지한다.

ABSTRACT

Three members of the new class of pulsating sdB stars (sdBV or EC 14026 stars) are analysed from Keck HIRES spectra using line blanketed NLTE and LTE model atmospheres. Atmospheric parameters (Teff, log g, He/H), metal abundances and rotational velocities are determined. As is typical for sdB stars, all programme stars are found to be helium deficient, with a He abundance ranging from 1/80 solar for Feige 48 to 1/3 solar for PG 1219+534, probably due to diffusion. Most metals are also depleted. The abundances of C, O, Ne, Mg, Al and Si in the high gravity programme stars KPD 2109+4401 and PG 1219+534 are considerably lower than in the lower gravity stars Feige 48 and PG 1605+072 which could be explained by an equilibrium between gravitational settling and radiative levitation. Surprisingly iron is solar to within error limits in all programme stars irrespective of their gravity, confirming predictions from diffusion calculations. The metal lines are very sharp and allow the microturbulent velocity to be constrained to be lower than 5km/s (KPD2109+4401, PG 1219+534). Also the projected rotational velocities have to be very low (vrot sini<10km/s). For Feige 48 the limits are even tighter (vmicro<=3km/s, vrot sini<=5km/s).

연구 동기 및 목표

• 고해상도 스펙트럼을 활용하여 세 개의 다중모드 진동 sdB 항성의 정밀한 대기 파rameters(Teff, log g, He/H)를 결정하기 위해.
• 극한의 수평가지 별에서 이론적 확산 모델과 관련된 원소 농도, 특히 철의 농도를 조사하기 위해.
• 높은 온도, 고중력 항성에서 비열평형(NLTE) 효과가 중력과 온도 결정에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 날카로운 스펙트럼 선을 통해 미세난류 속도와 회전 속도를 제약하여 항성진동 모델링에 기여하기 위해.
• 특히 PG 1219+534에서 다양한 스펙트럼 지표로부터 유도된 온도 추정치 간 괴리를 해결하기 위해.

제안 방법

• 고해상도 이클레스 스펙트럼(R ≈ 100,000)을 Keck HIRES 분광계를 사용하여 3700–5200 Å 범위에서 촬영하였다.
• 관측된 발머선과 헬륨선에 대한 선 블랭킷팅된 NLTE 및 LTE 모델 대기 구조를 사용하여 일관된 온도와 중력 결정을 가능하게 하였다.
• 헬륨, 질소, 규소의 이온화 평형을 온도 진단 지표로 사용하였으며, 발머선 형상 피팅과 교차 확인하였다.
• 등가폭과 합성 스펙트럼 피팅을 사용한 농도 분석을 수행하였으며, 미세난류 속도와 회전 브로드닝에 주의를 기울였다.
• 예상되는 회전 속도(vsini)는 날카로운 스펙트럼 선 피팅을 통해 제약되었으며, 선 브로드닝으로부터 상한선이 유도되었다.
• 은하간 Ca II K 흡수선은 다중 가우시안 성분으로 모델링되어 배경 흡수를 보정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Feige 48, KPD 2109+4401, PG 1219+534의 효과적 온도, 중력, 헬륨 농도는 스펙트럼 피팅을 통해 어떻게 유도되었는가?
• RQ2 왜 PG 1219+534에서 질소와 헬륨의 이온화 평형은 발머선 피팅보다 상당히 높은 효과적 온도를 산출하는가?
• RQ3 이러한 높은 중력의 뜨거운 항성에서 NLTE 및 LTE 모델 대기 구조는 중력과 온도 결정에 어떻게 비교되는가?
• RQ4 이 sdB 항성들에서 금속 농도는 어느 정도 감소되어 있으며, 강한 확산 과정이 존재하는 상황에서도 철이 왜 태양 수준인가?
• RQ5 미세난류 속도와 예상되는 회전 속도의 상한선은 무엇이며, 항성진동 모델링에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• Feige 48과 KPD 2109+4401의 경우, 발머선 피팅과 헬륨, 질소, 규소의 이온화 평형을 통한 온도 추정치가 ±300 K 이내로 일치하여 일관된 대기 파rameters를 나타낸다.
• PG 1219+534의 경우, 질소와 헬륨의 이온화 평형은 각각 36,800 K와 34,400 K의 효과적 온도를 산출하였으며, 이는 발머선 형상 피팅으로부터 유도된 33,200 K보다 상당히 높다.
• NLTE 모델 대기 구조는 LTE 결과보다 중력 값을 최대 0.1 dex 낮게 산출하여 고중력 sdB 항성에서 체계적인 NLTE 보정이 존재함을 시사한다.
• 모든 세 항성은 헬륨 빈곤 상태이며, He/H 비율은 Feige 48에서 태양의 1/80에서 PG 1219+534에서 태양의 1/3까지 다양하다. 이는 중력 침강과 확산 과정에 기인할 가능성이 높다.
• 고중력 항성인 KPD 2109+4401과 PG 1219+534에서 탄소, 산소, neon, 마그네슘, 알루미늄, 규소의 금속 농도는 상당히 감소되어 있으며, 중력 침강과 복사상승의 평형 상태와 일치한다.
• 세 항성 모두에서 철 농도는 오차 범위 내에서 태양 수준이며, 이는 Charpinet 등(1997)의 이론 예측을 확인하는 것으로, 확산 과정이 진동하는 sdB 항성 대기권에서 태양 철 농도를 생성할 수 있음을 뒷받침한다.