[논문 리뷰] The IACOB project: I. Rotational velocities in Northern Galactic O and early B-type stars revisited. The impact of other sources of line-broadening

S. Simón‐Díaz, A. Herrero|arXiv (Cornell University)|2013. 11. 14.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 50인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 IDL에서 새로운 FT+적합도(良도) 검사(GOF) 방법론을 사용하여 매크로터뷰렌스 및 마이크로터뷰렌스 성 broadening을 고려함으로써 약 200개의 남반천 은하계 O형 및 초기 B형 항성의 예상 자전 속도(v sin i)를 재검토한다. 기존에 120 km s⁻¹ 이하로 측정된 v sin i 값들은 고려되지 않은 매크로터뷰렌스로 인해 시스템적으로 약 ~25 ± 20 km s⁻¹ 감소되어야 하며, 이는 대질량 항성의 저속도 v sin i 분포를 크게 변화시킨다.

ABSTRACT

Stellar rotation is an important parameter in the evolution of massive stars. Accurate and reliable measurements of projected rotational velocities in large samples of OB stars are crucial to confront the predictions of stellar evolutionary models with observational constraints. We reassess previous determinations of projected rotational velocities (vsini) in Galactic OB stars using a large, high quality spectroscopic dataset, and a strategy which account for other sources of broadening appart from rotation affecting the diagnostic lines We present a versatile and user friendly IDL tool, based on a combined Fourier Transform (FT) + goodness of fit (GOF) methodology, for the line-broadening characterization in OB-type stars. We use this tool to (a) investigate the impact of macroturbulent and microturbulent broadenings on vsini measurements, and (b) determine vsini in a sample of 200 Galactic OB-type stars, also characterizing the amount of macroturbulent broadening (\vmacro) affecting the line profiles. We present observational evidence illustrating the strengths and limitations of the proposed FT+GOF methodology for the case of OB stars. We confirm previous statements (based on indirect arguments or smaller samples) that the macroturbulent broadening is ubiquitous in the massive star domain. We compare the newly derived vsini with previous determinations not accounting for this extra line-broadening contribution, and show that those cases with vsini< 120 km/s need to be systematically revised downwards by ~25 (+/-20) km/s. We suggest that microturbulence may impose an upper limit below which vsini and \vmacro\ could be incorrectly derived by means of the proposed methodology as presently used, and discuss the implications of this statement on the study of relatively narrow line massive stars.

연구 동기 및 목표

• 고품질 분광학을 사용하여 은하계 O형 및 초기 B형 항성의 투사 자전 속도(v sin i)를 재평가하기.
• 매크로터뷰렌스 및 마이크로터뷰렌스 성 broadening이 v sin i 측정에 미치는 영향을 정량화하기.
• OB 항성의 선 broadening 분석을 위한 강력한 FT+적합도(GOF) 방법론을 개발하고 검증하기.
• 특히 마이크로터뷰렌스를 무시할 경우에 발생하는 저속도 영역에서의 v sin i 측정 신뢰성 조사하기.
• 수정된 v sin i 분포가 대질량 항성 진화 모델에 미치는 영향 평가하기.

제안 방법

• OB 항성의 선 broadening 분석을 위한 사용자 우호적인 IDL 도구를 개발하였으며, 이는 통합된 푸리에 변환(FT) 및 적합도(GOF) 방법론에 기반한다.
• 이 방법은 매크로터뷰렌스 속도(v_m)의 경로-접선 형식을 사용하여 관측된 선형형과 더 잘 일치하는 반면, 등방성 가우시안 분포보다 낫다.
• GOF 접근법은 FT 결과와 비교하여 검증되었으며, 경로-접선 매크로터뷰렌스 프로파일을 사용할 경우 뛰어난 일치를 보였다.
• 분석은 약 200개의 은하계 OB 항성 샘플에 적용되어 v sin i와 v_m를 동시에 측정하였다.
• 노이즈에 대한 민감도 테스트 결과, GOF 방법이 저신호 대비 노이즈 데이터에서 FT보다 덜 민감한 것으로 나타났다.
• 다른 문헌에서 서로 다른 매크로터뷰렌스 프로파일 형식을 가정한 v_m 측정치를 결합하는 것은 경고된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 매크로터뷰렌스 성 broadening은 O형 및 초기 B형 항성에서 투사 자전 속도(v sin i) 측정의 정확성에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ2 등방성 대비 경로-접선 프로파일 형식 등 매크로터뷰렌스 프로파일 형상에 대한 다양한 가정이 v sin i 및 v_m 측정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 특히 저속도 영역에서 마이크로터뷰렌스를 간과할 경우 v sin i 측정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 FT+GOF 방법론은 고해상도 스펙트럼에서 자전 성 broadening을 마이크로터뷰렌스 및 매크로터뷰렌스 기여와 정확히 분리하는 데 신뢰성 있게 작용할 수 있는가?
• RQ5 수정된 v sin i 값은 대질량 항성에서 관측된 자전 속도 분포, 특히 저v sin i 범위에서 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 매크로터뷰렌스 성 broadening은 이전에 알려진 바와 같이 고체 B형 항성에만 국한되지 않고, O형 항성 및 초기 B형 거성·거대성에서도 널리 퍼져 있다.
• v sin i ≤ 120 km s⁻¹인 항성들의 기존 v sin i 측정치는 고려되지 않은 매크로터뷰렌스로 인해 시스템적으로 약 ~25 ± 20 km s⁻¹ 감소되어야 한다.
• 수정된 저속도 v sin i 피크는 이제 40–60 km s⁻¹ 범위에 중심을 두며, 오랫동안 지속된 저속도 항성 집단의 관측 불일치를 부분적으로 해결한다.
• 경로-접선 매크로터뷰렌스 프로파일은 등방성 가우시안 프로파일보다 훨씬 우수한 적합도를 보이며, 이는 v sin i를 체계적으로 과소평가한다.
• 마이크로터뷰렌스를 분석에 포함하지 않을 경우, 특히 좁은 선형형을 가진 항성에서 v sin i 및 v_m 측정의 신뢰성에 상한선을 둘 수 있다.
• 이 연구는 내재된 선형형 모델링 향상과 저속도 v sin i 항성에서 마이크로터뷰렌스의 역할에 대한 추가 조사의 필요성을 강조한다.