[論文レビュー] A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1 V. the X-ray selected blue stragglers Wd1-27 and -30a

J. S. Clark, F. Najarro+4 more|Open Research Online (The Open University)|Nov 23, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 111被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、若年性の星団ウェスターランド1において、質量の大きな青準巨星候補 Wd1-27 および Wd1-30a を、複数回の観測による VLT/FLAMES スペクトロスコピーおよび X線データを用いて調査した。両星とも、典型的な単一星とは著しく異なる質量および光度を持つ極端な O型ハイパージャンツであり、Wd1-30a が短周期連星系である強力な証拠が得られ、これらの質量の大きな星の起源として、連星による質量移動または合体が関与している可能性が示された。

ABSTRACT

Observational studies suggest that many OB stars are found within binary systems which may be expected to interact during their lifetimes. Significant mass transfer or merger of both components will modify evolutionary pathways, facilitating the production of exceptionally massive stars which will present as blue stragglers. Identification and characterisation of such objects is crucial if the outcomes of binary evolutionary channels are to be quantified. The massive cluster Westerlund 1 hosts a rich population of X-ray bright stars where the emission is thought to derive from the wind collision zones of massive binaries. Selected on this basis, we present the results of a multiwavelength analysis of the X-ray luminous O stars Wd1-27 and -30a. We find both to be early/mid-O hypergiants with luminosities, temperatures and masses significantly in excess of other early stars within Wd1, hence qualifying as massive blue stragglers. The nature of Wd1-27 remains uncertain but the detection of radial velocity changes and the X-ray properties of Wd1-30a suggest that it is a binary. Analysis of Gaia proper motion and parallactic data indicates that both are cluster members; we also provide a membership list for Wd1 based on this analysis. The presence of hypergiants of spectral types O to M within Wd1 cannot be understood via single-star evolution. We suppose that the early-B and mid-O hypergiants formed via binary-induced mass-stripping of the primary and mass-transfer to the secondary, respectively. This implies that for a subset of objects massive star-formation may be regarded as a two-stage process, with binary-driven mass-transfer or merger yielding stars with masses significantly in excess of their initial birth mass (Abridged).

研究の動機と目的

• 若年性の巨大星団ウェスターランド1に位置する、X線で明るく検出された二つの青準巨星候補 Wd1-27 および Wd1-30a の性質と進化的起源を特定すること。
• Gaia DR2 の運動ベクトルおよび視差データを用いて、これらの星が星団メンバーであるかを評価すること。
• 径速度の変動および X線スペクトル解析を通じて、連星性の有無を調査すること。
• 特に、質量移動または合体といった連星相互作用が、標準的な質量限界を超える質量の大きな星の形成に果たす役割を評価すること。
• 密度の高い星団における質量の大きな星の形成が、連星進化によって駆動される二段階的プロセスであるという仮説を検証すること。

提案手法

• 複数回の観測による VLT/FLAMES を用いたスペクトロスコピック観測を実施し、径速度を測定し、軌道的変動を検出する。
• 非局所熱平衡（non-LTE）モデル大気解析を適用し、高分解能の可視光スペクトルから基本的星像パラメータ（Teff, log g, L, M）を導出する。
• XMM-Newton および Chandra からの X線データを解析し、硬い X線放射の特徴を明らかにするとともに、連星系における風同士の衝突衝撃波を推定する。
• Gaia DR2 と照合し、視差、運動ベクトル、および径速度の一貫性を用いて星団メンバーの有無を評価する。
• 表面元素組成のパターン（例：N/C比）を評価し、質量移動や混合過程の診断として用いる。
• 時系列解析を用いて、99%以上の信頼水準で周期的な径速度変動を検出し、軌道運動を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 X線で選別された青準巨星候補 Wd1-27 および Wd1-30a は、ウェスターランド1星団の真のメンバーであるか？
• RQ2 Wd1-27 および Wd1-30a は、連星系の兆候を示す径速度変動を示しているか？
• RQ3 Wd1-30a の X線放射の性質は何か？ これは短周期連星系に起因するものであり、その存在を支持するか？
• RQ4 これらの星の極端な質量および光度は、単一星の進化論では説明可能か？ それとも連星相互作用が必要か？
• RQ5 密度の高い若い星団（ウェスターランド1を含む）における質量の大きな青準巨星の形成において、質量移動または合体の役割は何か？

主な発見

• Gaia DR2 の径速度、運動ベクトル、視差の一貫性から、Wd1-27 および Wd1-30a が星団の真のメンバーであると確認された。
• Wd1-30a は 99% 以上の信頼水準で径速度変動を示し、軌道周期が 10 日未満の連星系であると示された。
• 両星とも、初期〜中位の O型ハイパージャンツに分類され、Wd1 の典型的な O型星と比べて著しく高い光度および質量を持つことから、質量の大きな青準巨星としての地位が確認された。
• Wd1-30a の硬い X線スペクトルは、質量の大きな連星系における風同士の衝突衝撃波と整合的である。
• 炭素や酸素の減少がないにもかかわらず、表面窒素の著しい増加は、単一星の進化を排除し、連星による質量移動を支持する。
• 本研究では、O4-5 Ia+ から M6 Ia までの特異なハイパージャンツの集団がウェスターランド1に存在することを同定した。この集団は単一星の進化では説明できないため、連星相互作用を伴う複数の形成経路が関与していると示唆された。