[논문 리뷰] The VLT-FLAMES Tarantula Survey XXII. Multiplicity properties of the B-type stars

P. R. Dunstall, P. L. Dufton외 8명|UvA-DARE (University of Amsterdam)|2015. 05. 26.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 35인용 수 73

한 줄 요약

이 연구는 VLT-FLAMES Tarantula Survey를 이용해 30 Doradus 영역의 408개의 B형 항성에 대해 다시 측정된 스펙트로스코피를 분석하여 그들의 스펙트로스코픽 쌍성 성질을 규명한다. 관측된 쌍성 비율은 25% ± 2%이며, 관측 편향을 보정한 후 진정된 다중성 비율은 58% ± 11%로 산출되어, 30 Dor의 B형 항성은 O형 항성과 유사한 다중성 성질을 가지며, 이는 거대 항성의 원형이 되는 항성들 사이에서 널리 퍼진 쌍성 상호작용을 시사한다.

ABSTRACT

We investigate the multiplicity properties of 408 B-type stars observed in the 30 Doradus region of the Large Magellanic Cloud with multi-epoch spectroscopy from the VLT-FLAMES Tarantula Survey (VFTS). We use a cross-correlation method to estimate relative radial velocities from the helium and metal absorption lines for each of our targets. Objects with significant radial-velocity variations (and with an amplitude larger than 16 km/s) are classified as spectroscopic binaries. We find an observed spectroscopic binary fraction (defined by periods of <10^3.5 d and mass ratios >0.1) for the B-type stars, f_B(obs) = 0.25 +/- 0.02, which appears constant across the field of view, except for the two older clusters (Hodge 301 and SL 639). These two clusters have significantly lower fractions of 0.08 +/- 0.08 and 0.10 +/- 0.09, respectively. Using synthetic populations and a model of our observed epochs and their potential biases, we constrain the intrinsic multiplicity properties of the dwarf and giant (i.e. relatively unevolved) B-type stars in 30 Dor. We obtain a present-day binary fraction f_B(true) = 0.58 +/- 0.11, with a flat period distribution. Within the uncertainties, the multiplicity properties of the B-type stars agree with those for the O stars in 30 Dor from the VFTS.

연구 동기 및 목표

• 다양한 시기의 스펙트로스코피를 이용해 30 Doradus 영역의 B형 항성의 관측된 스펙트로스코픽 이중성 비율을 규명하는 것.
• 반경속도 변화를 탐지하는 데 있어 관측 편향을 보정하여 불변형 B형 항성의 진정된 이중성 비율을 추정하는 것.
• 동일한 영역 내 O형 항성과의 다중성 성질을 비교하여 거대 항성 진화에서 이중성의 역할을 평가하는 것.
• 합성 인구 모델링을 이용해 30 Doradus의 B형 이중성의 궤도 주기 및 질량비 분포를 제약하는 것.
• 이중성 상호작용이 거대 항성의 진화 경로 및 초신성 원형 항성 집단에 미치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• 각 B형 항성의 상대적 반경속도를 측정하기 위해 다중 시기 스펙트럼에서 헬륨 및 금속 흡수선의 교차상관을 수행하는 것.
• 궤도 운동에 의해 유도되는 반경속도 변화가 16 km s⁻¹를 초과하는 경우를 기준으로 스펙트로스코픽 이중성을 식별하는 것.
• 관측 편향을 보정하기 위해 몬테카를로 합성 인구 모델링 접근법을 적용하는 것.
• 전체 적합도 함수를 사용하여 진정된 이중성 비율, 주기 분포(파라미터 π로 기술됨), 질량비 분포(파라미터 κ로 기술됨)를 동시에 제약하는 것.
• 모델 비교를 바탕으로 VFTS 조사에서 B형 이중성의 탐지 확률을 40% ± 10%로 추정하는 것.
• 관측된 반경속도 진폭 누적분포 및 변동성 시간스케일과 시뮬레이션된 결과를 비교하여 모델 파rameter의 타당성을 검증하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 시기의 VLT-FLAMES 데이터를 기반으로 30 Doradus 영역의 B형 항성의 관측된 스펙트로스코픽 이중성 비율은 얼마인가요?
• RQ2 관측 편향을 보정한 후 30 Doradus의 불변형 B형 항성의 진정된 이중성 비율은 얼마인가요?
• RQ3 30 Doradus의 B형 이중성의 주기 및 질량비 분포는 동일한 영역 내 O형 항성과 어떻게 비교될 수 있나요?
• RQ4 30 Doradus의 B형 항성 다중성 성질은 O형 항성과 얼마나 일치하는가? 이는 거대 항성 진화에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 현재 단일 항성으로 분류된 항성 중에서 탐지 한계로 인해 해소되지 않은 이중성일 가능성이 있는 항성 비율은 얼마인가요?

주요 결과

• 30 Doradus의 B형 항성에 대한 관측된 스펙트로스코픽 이중성 비율은 25% ± 2%이며, 두 개의 오래된 별집 Hodge 301과 SL 639에서는 상당한 감소가 관측되었으며 각각 0.08 ± 0.08 및 0.10 ± 0.09로 나타났다.
• 관측 편향을 보정한 후 불변형 B형 항성의 진정된 이중성 비율은 58% ± 11%로 추정되어 출생 시점에 이중성 시스템이 매우 흔하다는 것을 시사한다.
• B형 이중성의 주기 분포는 평탄한 분포와 일치하며, 특정 주기 범위가 선호된다는 강한 증거는 없다.
• 질량비 분포는 제약이 약하며, 최적의 피팅 지수 κ ≈ -0.5 dex를 보이지만 불확실성이 크며, 체계적 오차가 결과에 영향을 줄 수 있다.
• VFTS 조사에서 B형 이중성의 탐지 확률은 40% ± 10%로 추정되어, 거의 반수의 이중성이 탐지되지 않을 수 있음을 시사한다.
• B형 항성의 다중성 성질은 30 Doradus의 O형 항성과 일치하며, 이는 이중성 상호작용이 거대 항성 원형 항성의 대부분에 영향을 미친다는 것을 시사한다.