[論文レビュー] An In-Depth Spectroscopic Analysis of the Blazhko Star RR Lyr. I. Characterisation of the star: abundance analysis and fundamental parameters

K. Kolenberg, L. Fossati+5 more|Open Research Online (The Open University)|Apr 28, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 25

ひとこと要約

本研究では、マクドナルド天文台から得られた高分解能・高S/N比スペクトルを用いて、Blazhko効果を示すRR Lyrae星の自己整合的スペクトロスコピック解析を実施した。最大半径位相でのデータ解析により、深さに依存する微乱流速度を用いて、基本的パラメータと元素同定パターンを特定し、固定された$\upsilon_{\mathrm{mic}}$値を用いる場合に0.06 dexの元素同定値の低減が生じることを明らかにした。

ABSTRACT

The knowledge of accurate stellar parameters is a keystone in several fields of stellar astrophysics, such as asteroseismology and stellar evolution. Although the fundamental parameters can be derived both from spectroscopy and multicolour photometry, the results obtained are sometimes affected by systematic uncertainties. In this paper, we present a self-consistent spectral analysis of the pulsating star RR Lyr, which is the primary target for our study of the Blazhko effect. We used high-resolution and high signal-to-noise ratio spectra to carry out a consistent parameter determination and abundance analysis for RR Lyr. We provide a detailed description of the methodology adopted to derive the fundamental parameters and the abundances. Stellar pulsation attains high amplitudes in RR Lyrae stars, and as a consequence the stellar parameters vary significantly over the pulsation cycle. The abundances of the star, however, are not expected to change. From a set of available high-resolution spectra of RR Lyr we selected the phase of maximum radius, at which the spectra are least disturbed by the pulsation. Using the abundances determined at this phase as a starting point, we expect to obtain a higher accuracy in the fundamental parameters determined at other phases. The set of fundamental parameters obtained in this work fits the observed spectrum accurately. Through the abundance analysis, we find clear indications for a depth-dependent microturbulent velocity, that we quantified. We confirm the importance of a consistent analysis of relevant spectroscopic features, application of advanced model atmospheres, and the use of up-to-date atomic line data for the determination of stellar parameters. These results are crucial for further studies, e.g., detailed theoretical modelling of the observed pulsations.

研究の動機と目的

• 高分解能分光法を用いて、Blazhko効果を示すRR Lyrの正確な基本的パラメータ（有効温度、表面重力、金属量）を特定すること。
• 脈動に起因するスペクトル歪みが引き起こす過去の同定決定の不整合を解消すること。
• 大気の深さに応じた微乱流速度を、固定された$\upsilon_{\mathrm{mic}}$仮定の限界を克服するために定量化すること。
• Blazhko効果および脈動ダイナミクスのモデリングの基盤となる、堅牢で自己整合的な星のパラメータと同定値のセットを提供すること。
• Keplerミッションの観測を踏まえて、RR Lyrae星の星震動モデリングおよび理論的研究を支援すること。

提案手法

• マクドナルド天文台の2.7m望遠鏡に搭載されたロバート・G・タール・クーデー分光計を用いて、RR Lyrの高分解能・高S/N比スペクトルを取得した。
• 脈動によるスペクトル歪みを最小限に抑えるために、最大半径位相を解析の最適な時期と選定した。
• モデル大気計算にはLLmodelsを、合成ラインプロファイル合成およびLTE同定分析にはSYNTH3/WIDTH9を用いた。
• 有効温度（$T_{\mathrm{eff}}$）を導出するためにHγ線への合成ラインプロファイルフィッティングを実施し、表面重力（$\log g$）を制約するためにイオン化平衡を用いた。
• 固定値と深さに依存する微乱流速度プロファイルの両方をテストしながら、LTE同定分析を実施した。
• 反復的フィッティングを用いて深さに依存する$\upsilon_{\mathrm{mic}}$を定量化し、観測値と合成ライン強度の一致を向上させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最大半径位相におけるRR Lyrの最も正確な基本的パラメータ（有効温度、表面重力、金属量）は何か？
• RQ2 脈動に起因するスペクトル歪みは同定決定にどのように影響を及ぼし、最適な位相を選択することでこれを軽減できるか？
• RQ3 観測された等価幅と合成プロファイルを一致させるために、深さに依存する微乱流速度が必要であるか、その定量的プロファイルは何か？
• RQ4 固定された$\upsilon_{\mathrm{mic}}$を仮定した場合、同定決定に及ぼす影響は何か、そしてその系統的誤差はどの程度か？
• RQ5 導出された同定値とパラメータは、過去の研究と比較してどう異なるか、Blazhko効果のモデリングにどのような含意を持つのか？

主な発見

• Hγ線への合成ラインプロファイルフィッティングにより、最大半径位相におけるRR Lyrの有効温度は$T_{\mathrm{eff}} = 6125 \pm 50$ Kと特定された。
• イオン化平衡を制約として用いることで、表面重力は$\log g = 2.4 \pm 0.2$と決定された。
• 深さに依存する微乱流速度プロファイルが初めて導出された。固定された$\upsilon_{\mathrm{mic}}$を用いる場合、元素同定値が最大で0.06 dex低く見積もられることを示した。
• 同定分析の結果、RR Lyrはすべての重元素で同定量が不足していることが判明し、過去の研究と整合的であった。
• 深さに依存する$\upsilon_{\mathrm{mic}}$を用いることで、スペクトル全域における観測値と合成ライン強度の一致が著しく向上した。
• 本研究は、今後の星震動モデリングおよびBlazhko効果の理論的調査の基盤となる、堅牢で自己整合的な星のパラメータと同定値のセットを提供した。