[논문 리뷰] Stellar variability in open clusters. II. Discovery of a new period-luminosity relation in a class of fast-rotating pulsating stars in NGC 3766

N. Mowlavï, S. Saesen외 6명|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 04.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 23인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 칠레 파라날 천문대에 위치한 VLT/UT2의 FLAMES 장비를 활용한 다중 에포크 VLT/FLAMES 분광학적 관측을 통해, 젊은 산개성단 NGC 3766 내에서 발견된 빠르게 회전하는 진동성 별(FaRPB)의 새로운 주기-광도(PL) 관계를 규명하였다. 이 PL 관계는 고전적 시프라이드 관계와는 다름없이, 급속 회전하는 별에서 발생하는 g-모드 진동에 기인하며, 향후 다른 성단에서 확인될 경우 별의 나이나 거리 추정에 활용 가능한 새로운 항성진동학 도구로 기능할 수 있다.

ABSTRACT

$Context.$ Pulsating stars are windows to the physics of stars enabling us to see glimpses of their interior. Not all stars pulsate, however. On the main sequence, pulsating stars form an almost continuous sequence in brightness, except for a magnitude range between $δ$ Scuti and slowly pulsating B stars. Against all expectations, 36 periodic variables were discovered in 2013 in this luminosity range in the open cluster NGC 3766, the origins of which was a mystery. $Aims.$ We investigate the properties of those new variability class candidates in relation to their stellar rotation rates and stellar multiplicity. $Methods.$ We took multi-epoch spectra over three consecutive nights using ESO's Very Large Telescope. $Results.$ We find that the majority of the new variability class candidates are fast-rotating pulsators that obey a new period-luminosity relation. We argue that the new relation discovered here has a different physical origin to the period-luminosity relations observed for Cepheids. $Conclusions.$ We anticipate that our discovery will boost the relatively new field of stellar pulsation in fast-rotating stars, will open new doors for asteroseismology, and will potentially offer a new tool to estimate stellar ages or cosmic distances.

연구 동기 및 목표

• NGC 3766에서 발견된 δ Scuti 별과 SPB 별 사이의 불안정성 간극 내에 위치한 기묘한 주기적 변수의 물리적 기원을 조사하기 위해.
• 이 변수들이 빠르게 회전하는 진동성 별인지 확인하고, 그들의 진동 행동에서 회전의 역할을 평가하기 위해.
• 이 별들 사이에 새로운 주기-광도(PL) 관계가 존재하는지 시험하고, 그 천체물리적 의미를 탐구하기 위해.
• 이 별들에서 진동 주파수와 회전 속도 사이의 관계, 특히 공전하는 기준 프레임에서의 모드를 조사하기 위해.
• 이 새로운 PL 관계가 젊은 성단 내 별의 나이 또는 거리 추정 도구로 활용될 잠재력을 평가하기 위해.

제안 방법

• 칠레 파라날 천문대의 VLT/UT2 망원경에 장착된 FLAMES 장비를 사용하여 다중 에포크 분광학적 관측을 수행하였다.
• 고해상도 스펙트럼에서의 프로젝션 회전 속도를 측정하여 별들을 빠른 회전성과 느린 회전성으로 분류하였다.
• 시간에 따른 밝기 변화 곡선에서 주기적 주기를 추출하여 진동 주파수를 식별하고, 이를 순서로 분류하였다.
• 라디얼 속도 변화와 선형형태 분석을 이용하여 이중성 별을 식별하였다.
• 빠르게 회전하는 별의 진동 이론적 모델링을 통해 관측된 주파수 패턴과 그 회전에 대한 관계를 해석하였다.
• 집단 거리와 시각적 등급에서 유도된 광도를 사용하여, 빠르게 회전하는 진동성 별(FaRPB 별)의 주기-광도 관계를 수립하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 3766에서 최초로 발견된 주기적 변수들이 빠른 회전과 진동의 특성을 갖는지 여부?
• RQ2 이 변수들의 빠르게 회전하는 하위집단 사이에 주기-광도 관계가 존재하는가? 만약 존재한다면 그 물리적 기원은 무엇인가?
• RQ3 관측된 광학적 주기 순서는 공전 기준에서의 진동 모드가 회전 주파수에 고정된 상태에서 설명될 수 있는가?
• RQ4 이 새로운 PL 관계는 시프라이드 또는 다른 진동성 별에서의 고전적 PL 관계와 어떻게 다를까?
• RQ5 이 새로운 관계가 젊은 산개성단 내 별의 나이 또는 거리 추정 도구로 校정될 수 있는가?

주요 결과

• NGC 3766 내 빠르게 회전하는 진동성 별(FaRPB) 간에 새로운 주기-광도(PL) 관계가 발견되었으며, 이는 고전적 시프라이드 PL 관계와는 다름.
• 새로운 변수 후보의 대부분은 100 km/s 이상의 프로젝션 회전 속도를 보이며, 뚜렷한 회전을 나타냄.
• 관측된 광학적 주기는 공전 기준에서의 g-모드 진동과 일치하며, 주파수가 회전 주파수의 정수배에 고정되어 있음.
• 두 개의 별개의 진동 주파수 순서가 식별되었으며, 각각 (ℓ,m) = (1,−1) 및 (2,−2) 모드에 해당하여, 후행성 섹터 모드를 시사함.
• 가장 어두운 FaRPB 별(167)은 스펙트럼에서 발산선을 보여 Be 별로 확인되었으며, 이는 FaRPB 별과 Be 별 간의 가능성을 시사함.
• 새로운 PL 관계는 나이에 따라 달라질 수 있으며, 향후 다른 젊은 성단에서 검증될 경우 별의 나이 또는 거리 추정에 활용될 수 있음.