[논문 리뷰] The galactic unclassified B[e] star HD 50138 III. The short-term line profile variability of its photospheric lines

M. Borges Fernandes, M. Kraus외 5명|arXiv (Cornell University)|2012. 10. 09.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 30인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 스펙트로스코피를 통해 미분류된 B[e] 항성 HD 50138의 광구선에서의 단기적 선형형태 변화를 분석한다. HERMES 장비에서 확보한 데이터를 바탕으로, 항성 spots나 자전과 일치하지 않는 빠른 비정기적 변화를 발견하였으며, 이는 진동이 원인일 가능성이 높다. 또한 매크로터뷰렌스와 진화 상태 분석을 통해 이 항성은 B형 항성 중에서 복잡하고 전이적 성격을 띤다는 점이 부각된다.

ABSTRACT

HD 50138 presents the B[e] phenomenon, but its nature is not clear yet. This star is known to present spectral variations, which have been associated with outbursts and shell phases. We analyze the line profile variability of HD 50138 and its possible origin, which provide possible hints to its evolutionary stage, so far said to be close to the end of (or slightly beyond) the main sequence. New high-resolution spectra of HD 50138 obtained with the HERMES spectrograph over several nights (five of them consecutively) were analyzed, allowing us to confirm short-term line profile variability. Our new data show short-term variations in the photospheric lines. On the other hand, purely circumstellar lines (such as [O I] lines) do not show such rapid variability. The rotational velocity of HD 50138, V_rot = 90.3 +- 4.3 km/s, and the rotation period, P = 3.64 +- 1.16 d, were derived from the He II 4026A photospheric line. Based on the moment method, we confirm that the origin of this short-term line profile variability is not stellar spots, and it may be caused by pulsations. In addition, we show that macroturbulence may affect the profiles of photospheric lines, as is seen for B supergiants. The location of HD 50138 at the end of (or slightly beyond) the main sequence, the newly detected presence of line profile variability resembling pulsating stars, and macroturbulence make this star a fascinating object.

연구 동기 및 목표

• 미분류된 B[e] 항성 HD 50138의 광구선에서 관측된 단기적 선형형태 변화의 기원을 조사하기 위해.
• 이러한 변화가 항성 spots, 자전, 또는 내재된 대기적 과정에 의해 유도되는지 확인하기 위해.
• 매크로터뷰렌스와 진동 행동이 관측된 스펙트럼 변화를 어떻게 형성하는지 평가하기 위해.
• 운동학적 및 스펙트럼적 특성을 분석하여 HD 50138의 진화 상태를 명확히 하기 위해.
• B[e] 항성, Be 항성, 주계열 후 진화 간의 관계를 이해하기 위한 관측적 제약 조건을 제공하기 위해.

제안 방법

• 8개의 밤 동안 Mercator 망원경에 탑재된 HERMES 스펙트로그래프를 사용하여 HD 50138의 고해상도 광학 스펙트럼(R ≈ 85,000)을 확보하였으며, 이 중 5개의 밤은 연속 관측을 실시하였다.
• 바리센터 보정 및 파장 캘리브레이션을 포함한 자동 데이터 처리를 위해 HermesDRS 파이프라인을 적용하였다.
• 선형형태 변화를 분석하기 위해 모멘트 방법을 사용하였으며, 시간에 따른 도플러 속도 변화와 선형형태 비대칭성의 변화를 추적하였다.
• 광구선(예: He i λ4026, Si ii)과 원환성선(예: [O i])의 변화를 비교하여 항성 대기적 영향을 분리하였다.
• He i λ4026 선형형태에서 회전 속도(v_rot = 90.3 ± 4.3 km s⁻¹)와 자전 주기(P = 3.64 ± 1.16 d)를 유도하였다.
• 관측된 선형형태와 모델 기대치를 비교하여 매크로터뷰렌스가 광구선형태에 미치는 영향을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HD 50138의 광구선에서 관측된 단기적 변화의 기원은 무엇인가?
• RQ2 관측된 선형형태 변화는 항성의 자전 또는 spots와 같은 표면 비균일성과 관련이 있는가?
• RQ3 매크로터뷰렌스의 존재가 HD 50138의 광구선형태 해석에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 관측된 변화는 진동 메커니즘으로 설명될 수 있으며, 이는 항성의 진화 상태에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 HD 50138의 스펙트럼적 특성은 알려진 진동하는 Be 항성 또는 B 초거인성과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• HD 50138의 광구선에서 단기적 선형형태 변화가 확인되었으며, 3.64일의 자전 주기와 관련 없이 매우 빠른 도플러 속도 변화(예: 26시간 이내에 -5 km s⁻¹에서 +10 km s⁻¹로 변화)를 보였다.
• 변화는 상층부 항성 대기 또는 광구 근처에서 형성된 선에서 가장 뚜렷했으며, 순수하게 원환성 선([O i] 등)은 안정해 보였다.
• 모멘트 방법은 항성 spots가 변화의 기원이 아님을 규명하였으며, 이는 He와 금속 선에서 다른 행동 양태를 보이며 자전과 상관관계를 보일 것이기 때문이다.
• HD 50138의 회전 속도는 v_rot = 90.3 ± 4.3 km s⁻¹로 측정되었으며, 자전 주기는 P = 3.64 ± 1.16 d였다.
• 광구선에서 매크로터뷰렌스가 관측되었으며, 이는 B 초거인성에서 알려진 특성으로, 주계열 후 또는 그 이후의 진화 상태를 시사한다.
• 관측된 변화 패tern은 진동하는 항성과 유사하며, 항성의 허츠프루ング-라소스키도 위치는 진동을 보이는 늦은 유형의 Be 항성과 일치한다.