[논문 리뷰] The VLT-FLAMES Tarantula Survey XII. Rotational velocities of the single O-type stars

O. H. Ramírez-Agudelo, S. Simón‐Díaz외 16명|UvA-DARE (University of Amsterdam)|2013. 09. 11.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 69인용 수 113

한 줄 요약

이 연구는 VLT-FLAMES Tarantula Survey의 고해상도 스펙트로스코피를 이용해 30 Doradus 영역 내 약 216개의 단일 O형 항성으로 간주되는 항성들의 예측된 회전 속도(vₑsin i)를 분석한다. 이는 ~80 km s⁻¹에 위치한 저속도 피크와 ~600 km s⁻¹까지 연장되는 고속도 꼬리로 이루어진 이중성 분포를 보이며, 샘플의 20%가 빠른 회전을 하는 것으로 나타나, 이는 고속도 인구의 주요 기원으로 이중성 상호작용이 지배적일 수 있음을 시사하며, 장수명 감마선 폭발(LGRB)의 기원으로 단일 항성 기원 이론에 도전한다.

ABSTRACT

Aims. Using ground based multi-object optical spectroscopy obtained in the framework of the VLT-FLAMES Tarantula Survey (VFTS), we aim to establish the (projected) rotational velocity distribution for a sample of 216 presumably single O-type stars in 30 Doradus (30 Dor). Methods. We measured projected rotational velocities, \vrot, by means of a Fourier transform method and a profile fitting method applied on a set of isolated spectral lines. We also used an iterative deconvolution procedure to infer the probability density, $ m{P(\veq)}$, of the equatorial rotational velocity, \veq. Results. The distribution of \vrot\ shows a two-component structure: a peak around 80 \kms\ and a high-velocity tail extending up to $\sim$600 \kms. This structure is also present in the inferred distribution $ m{P(\veq)}$ with around 80% of the sample having 0 $

연구 동기 및 목표

• 30 Doradus 영역 내 약 단일 항성으로 간주되는 대규모이고 균일한 O형 항성 샘플의 투영된 회전 속도(vₑsin i) 분포를 규명하는 것.
• 관측 시야 내에서 스펙트럼형, 빛의 강도 계급, 공간적 위치에 따라 정의된 하위집단 간의 회전 속도 변화를 조사하는 것.
• 반복적 탈구분 기법을 사용하여 관측된 vₑsin i 분포로부터 내재된 등각 속도 분포 P(vₑ)를 추론함으로써 항성 바람과 각운동량 손실이 속도 감소 메커니즘에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 관측된 회전 속도 분포가 장수명 감마선 폭발(LGRB) 기원의 진화 기원에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 고속도 꼬리가 단일 항성 진화와 일치하는지, 아니면 주로 이중성 상호작용 이후 잔여물에 기인하는지 평가하는 것.

제안 방법

• 고해상도 광학 스펙트럼의 고립된 스펙트럼선을 대상으로 푸리에 변환 방법과 프로파일 피팅 방법을 사용해 vₑsin i를 측정하였다.
• 관측된 vₑsin i 분포로부터 내재된 등각 속도 분포 P(vₑ)의 확률 밀도 함수를 재구성하기 위해 반복적 탈구분 절차를 적용하였다.
• radial 속도 안정성과 분광학적 이중성 신호의 부재에 기반해 단일 항성으로 선별된 216개의 O형 항성 샘플을 사용하였다.
• 30 Doradus 영역 내에서 스펙트럼 하위형, 빛의 강도 계급, 공간적 위치에 따른 회전 속도 분포를 분석하였다.
• 유도된 P(vₑ) 분포를 단일 항성 진화와 이중성 상호작용 모델의 이론적 기대치와 비교하였다.
• 고속도 꼬리의 영향을 장수명 감마선 폭발(LGRB) 기원 시나리오에 평가하였으며, 특히 금속성 농도와 이중성 진화의 역할을 고려하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 30 Doradus의 단일 O형 항성에 대해 내재된 등각 속도 분포 P(vₑ)는 무엇이며, 이는 이중성 구조를 보이는가?
• RQ2 단일 O형 항성에서 항성 바람과 질량 손실이 초기 임계 회전 속도에서 관측된 속도로의 감속에 얼마나 기여하는가?
• RQ3 vₑsin i의 고속도 꼬리(~600 km s⁻¹까지)는 단일 항성 진화와 일치하는가, 아니면 주로 이중성 상호작용 이후 잔여물에 기인하는가?
• RQ4 30 Doradus의 O형 항성 집단 중 vₑ > 300 km s⁻¹인 항성 비율은 얼마이며, 이 비율은 스펙트럼 하위형과 공간적 위치에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ5 빠른 회전 항성의 존재는 장수명 감마선 폭발 기원에 대해 저금속성 환경이 필요하다는 요구 조건을 도전하는가?

주요 결과

• vₑsin i 분포는 ~80 km s⁻¹에 위치한 뚜렷한 피크와 ~600 km s⁻¹까지 연장되는 고속도 꼬리로 이루어진 이중성 분포를 보인다.
• 샘플의 약 80%는 등각 속도(vₑ) ≤ 300 km s⁻¹를 가지며, 나머지 20%는 vₑ > 300 km s⁻¹인 빠른 회전 항성이다.
• 유도된 P(vₑ) 분포는 이중성 특성을 확인하며, 저속도 피크는 이전의 LMC 조사와 일치하고, 고속도 꼬리는 급격히 빠르게 돌아가는 항성의 상당한 집단이 있음을 시사한다.
• 관측된 회전 속도 분포는 항성 바람만으로는 초기 임계 회전 속도에서 관측된 속도로의 감속이 항성 진화의 첫 몇 백만 년 내에 충분히 이루어지지 않음을 암시한다.
• 고속도 꼬리는 라디오 속도 변화가 관측되지 않은 점을 고려할 때, 주로 이중성 상호작용 이후 잔여물(예: 병합된 이중성 또는 질량 이행의 결과물)에 의해 구성되어 있을 가능성이 높다.
• 고속도 꼬리가 유일하게 이중성 상호작용 잔여물로 구성되어 있다면, 장수명 감마선 폭발 기원의 단일 항성 채널은 크게 감소하거나 배제될 수 있으며, 이는 이중성 자체가 금속성 농도에 따라 달라지지 않는 한 말이다.