[논문 리뷰] The VLT-FLAMES Tarantula Survey X: Evidence for a bimodal distribution of rotational velocities for the single early B-type stars

P. L. Dufton, N. Langer외 13명|arXiv (Cornell University)|2012. 12. 11.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 59인용 수 65

한 줄 요약

이 연구는 VLT-FLAMES 설문 조사에서 확보한 고해상도 스펙트로스코피를 이용해 타란툴라 nebulae에 있는 334개의 단일 조기 B형 항성에 대한 예측된 회전 속도($v_{\rm{e}}\sin i$)를 분석한다. 이는 느린 도전자 성분($v_{\rm{e}} \leq 100$ km s$^{-1}$)이 표본의 25%를 차지하고, 빠른 도전자 성분이 약 ~250 km s$^{-1}$에서 피크를 이룬다는 이중성 분포를 드러내며, 자기장 브레이킹 또는 바람에 의한 스핀다운 메커니즘과 같은 별개의 스핀다운 메커니즘을 시사한다.

ABSTRACT

Aims: Projected rotational velocities (\vsini) have been estimated for 334 targets in the VLT-FLAMES Tarantula survey that do not manifest significant radial velocity variations and are not supergiants. They have spectral types from approximately O9.5 to B3. The estimates have been analysed to infer the underlying rotational velocity distribution, which is critical for understanding the evolution of massive stars. Methods: Projected rotational velocities were deduced from the Fourier transforms of spectral lines, with upper limits also being obtained from profile fitting. For the narrower lined stars, metal and non-diffuse helium lines were adopted, and for the broader lined stars, both non-diffuse and diffuse helium lines; the estimates obtained using the different sets of lines are in good agreement. The uncertainty in the mean estimates is typically 4% for most targets. The iterative deconvolution procedure of Lucy has been used to deduce the probability density distribution of the rotational velocities. Results: Projected rotational velocities range up to approximately 450 \kms and show a bi-modal structure. This is also present in the inferred rotational velocity distribution with 25% of the sample having $0\leq$\ve$\leq$100\,\kms and the high velocity component having \ve$\sim 250$\,\kms. There is no evidence from the spatial and radial velocity distributions of the two components that they represent either field and cluster populations or different episodes of star formation. Be-type stars have also been identified. Conclusions: The bi-modal rotational velocity distribution in our sample resembles that found for late-B and early-A type stars. While magnetic braking appears to be a possible mechanism for producing the low-velocity component, we can not rule out alternative explanations.

연구 동기 및 목표

• 30 Doradus 지역의 단일 조기 B형 항성의 진정된 회전 속도 분포를 규명하여 거대 항성 진화를 이해하기 위해.
• 관측된 회전 속도 분포가 진화 과정, 이중성, 또는 자기장에 의해 반영되는지 조사하기 위해.
• 관측된 $v_{\rm{e}}\sin i$ 분포를 탈구분하여 진정된 기반 회전 속도 분포를 추론하기 위해.
• 이중성 분포가 자기장 브레이킹 또는 바람에 의한 스핀다운과 같은 물리적 메커니즘으로 인해 발생했는지 평가하기 위해.
• 이전 설문 조사 및 거대 항성 진화의 이론적 모델과 결과를 비교하기 위해.

제안 방법

• 프로파일 피팅을 통해 상한선을 유도한 후, 스펙트럴 선의 푸리에 변환을 이용해 투영된 회전 속도를 측정하였다.
• 좁은 선과 넓은 선을 각각 비산란성 및 산란성 헬륨 선을 사용하여 일관성을 확보하였다.
• 루시 반복 탈구분 알고리즘을 적용하여 관측된 $v_{\rm{e}}\sin i$ 분포를 진정된 회전 속도 분포로 변환하였다.
• 주로 운동량 변화나 초거성 특징이 없는 항성들을 선별하여 단일 주계열 항성만을 고립하였다.
• 대규모 망원경 구름 내에서 질량이 6에서 16 $M_\odot$ 사이인 조기 B형 항성(스펙트럼 유형 ~O9.5에서 B3)을 대상으로 하였다.
• $v_{\rm{e}}\sin i$ 추정치의 불확도는 일반적으로 약 ~4%로, 속도 측정의 높은 정밀도를 확보하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 타란툴라 nebulae의 단일 조기 B형 항성에서 투영된 회전 속도 분포가 이중성 분포를 보이는가?
• RQ2 관측된 이중성 분포를 설명할 수 있는 물리적 메커니즘(예: 자기장 브레이킹, 바람에 의한 스핀다운, 이중성 상호작용 등)은 무엇인가?
• RQ3 이중성 분포는 군집 또는 필드 인구 또는 다른 항성 형성 단계와 공간적으로나 운동적으로 관련이 있는가?
• RQ4 진정된 회전 속도 분포는 이전 설문 조사 및 거대 항성 진화의 이론적 모델과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 이 항성들에서 자기장의 존재가 저속도 성분과 관련이 있으며, 이러한 자기장의 기원은 무엇인가?

주요 결과

• 관측된 $v_{\rm{e}}\sin i$ 분포는 약 ~450 km s$^{-1}$까지 확장되며 명확한 이중성 분포를 보인다.
• 저속도 성분은 표본의 약 25%를 차지하며, $v_{\rm{e}} \leq$ 100 km s$^{-1}$이다.
• 고속도 성분은 $v_{\rm{e}} \sim$ 250 km s$^{-1}$에서 피크를 이룬다. 대부분의 항성들이 200–350 km s$^{-1}$ 범위에 있다.
• 이중성 분포는 공간적 위치나 도플러 속도와 관련이 없어, 단순한 필드 대 군집 또는 순차적 항성 형성 시나리오를 배제한다.
• 이론적 모델에서 자기장 브레이킹가 일치하지만, 항성 바람에 의한 이중성 브레이킹 같은 다른 메커니즘도 타당하다.
• 자기장은 느린 도전자를 설명할 수 있지만, 이러한 자기장의 기원(고착된, 다이너모 생성, 또는 이중성 유도)은 아직 불확실하다.