[논문 리뷰] The Wolf-Rayet stars in the Large Magellanic Cloud: A comprehensive analysis of the WN class

R. Hainich, U. Rühling외 7명|2014. 01. 21.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 131인용 수 83

한 줄 요약

이 연구는 파츠담 월프-레이테르(PoWR) 대기 모델 코드를 사용하여 대마젤란운성(LMC)에 알려진 거의 모든 WN형 월프-레이테르 별에 대한 종합적인 스펙트로스코픽 분석을 제시한다. 자외선 및 가시광선 데이터에 합성 스펙트럼을 피팅함으로써, 단일 WN 별의 88%가 log(L/L☉) = 5.3–5.8 사이의 빛의 세기 범위를 가지며 수소 함량이 낮아 적초거대성으로의 진화를 겪었음을 밝혀내었고, 나머지 소수의 별(12%)은 상당한 수소를 포함하고 있어 매우 높은 초기 질량에서 유래했을 가능성이 있다.

ABSTRACT

Aims: Following our comprehensive studies of the WR stars in the Milky Way, we now present spectroscopic analyses of almost all known WN stars in the LMC. Methods: For the quantitative analysis of the wind-dominated emission-line spectra, we employ the Potsdam Wolf-Rayet (PoWR) model atmosphere code. By fitting synthetic spectra to the observed spectral energy distribution and the available spectra (ultraviolet and optical), we obtain the physical properties of 107 stars. Results: We present the fundamental stellar and wind parameters for an almost complete sample of WN stars in the LMC. Among those stars that are putatively single, two different groups can be clearly distinguished. While 12% of our sample are more luminous than 10^6 Lsun and contain a significant amount of hydrogen, 88% of the WN stars, with little or no hydrogen, populate the luminosity range between log (L/Lsun) = 5.3...5.8. Conclusions: While the few extremely luminous stars (log (L/Lsun) > 6), if indeed single stars, descended directly from the main sequence at very high initial masses, the bulk of WN stars have gone through the red-supergiant phase. According to their luminosities in the range of log (L/Lsun) = 5.3...5.8, these stars originate from initial masses between 20 and 40 Msun. This mass range is similar to the one found in the Galaxy, i.e. the expected metallicity dependence of the evolution is not seen. Current stellar evolution tracks, even when accounting for rotationally induced mixing, still partly fail to reproduce the observed ranges of luminosities and initial masses. Moreover, stellar radii are generally larger and effective temperatures correspondingly lower than predicted from stellar evolution models, probably due to subphotospheric inflation.

연구 동기 및 목표

• 대마젤란운성(LMC)에 알려진 거의 모든 WN형 월프-레이테르 별에 대한 종합적인 스펙트로스코픽 분석을 수행하기 위해.
• 고도화된 대기 모델 기법을 사용하여 기본 항성 및 바람 파arameter를 결정하기 위해.
• LMC의 WN 별의 진화 경로를 조사하고, 항성 진화 모델의 예측과 비교하기 위해.
• 금속성의 영향이 WN 별의 관측된 성질에 미치는 영향, 특히 밀려은은하와의 비교를 통해 평가하기 위해.
• 현재의 항성 진화 궤적, 특히 회전 혼합을 포함하여 관측된 빛의 세기 및 질량 분포를 재현할 수 있는지 테스트하기 위해.

제안 방법

• 바람 지배적인 방출선 스펙트럼을 분석하기 위해 파츠담 월프-레이테르(PoWR) 대기 모델 코드를 사용하였다.
• 합성 스펙트럼을 관측된 스펙트럼 에너지 분포(SED) 및 플럭스 캘리브레이션된 자외선 및 가시광선 스펙트럼에 피팅하였다.
• 모델의 정확도를 향상시키기 위해 철선 블랭킷팅과 바람 내의 미세클러스터링을 사용하였다.
• 절대 빛의 세기를 유도하기 위해 거리 모듈러스(DM = 18.5 mag)와 낮은 먼지 흡수(E(B-V) < 0.25 mag)를 적용하였다.
• 스펙트럼 데이터가 제한된 별들을 위해 가시광선 협대역, 2MASS, IRAC 기구의 광도 측정 자료를 분석하였다.
• 이론적 모델, 특히 회전 혼합가 포함된 모델과의 비교를 통해 진화 궤적과의 일치성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LMC의 거의 완전한 WN 별 샘플에 대해 기본 항성 및 바람 파arameter는 무엇인가?
• RQ2 LMC의 WN 별의 빛의 세기와 수소 함량은 현재의 항성 진화 모델 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 LMC에서 관측된 WN 별의 분포가 금속성에 따라 달라지는 진화를 얼마나 잘 반영하고 있는가? 특히 밀려은은하와의 비교를 통해.
• RQ4 왜 관측된 항성 반지름과 효율 온도가 모델 예측과 다를까? 이러한 현상을 설명할 수 있는 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 현재의 항성 진화 모델, 특히 회전 혼합을 포함하여 LMC의 WN 별에서 관측된 빛의 세기 범위를 재현할 수 있는가?

주요 결과

• 분석 대상은 LMC의 107개 WN 별로, 이는 이 분류의 거의 완전한 샘플을 제공한다.
• 단일 WN 별의 88%는 log(L/L☉)가 5.3에서 5.8 사이이며, 수소가 거의 없거나 전혀 없어 적초거대성 단계를 거쳐 진화한 것으로 나타났다.
• 샘플의 12%는 10⁶ L☉보다 더 높은 빛의 세기를 가지며 상당한 수소를 포함하고 있어 매우 높은 초기 질량(>40 M☉)에서 기인했을 가능성이 있다.
• 현재 모델이 예측한 것보다 항성 반지름은 일반적으로 더 크고, 효율 온도는 더 낮은 편이었으며, 이는 부분광원 내부 팽창(subphotospheric inflation) 때문일 가능성이 높다.
• 회전 혼합을 고려하더라도 현재의 항성 진화 궤적은 관측된 빛의 세기 및 初기 질량 범위를 완전히 재현하지 못하고 있다.
• LMC에서 금속성에 따른 진화의 영향이 명확히 관측되지 않았다. 낮은 금속성(Z ≈ 0.4 Z☉)임에도 불구하고, WN 별의 대부분이 차지하는 초기 질량 범위(20–40 M☉)는 밀려은은하와 유사하다.