[論文レビュー] The VLT-FLAMES Tarantula Survey. XIII: On the nature of O Vz stars in 30 Doradus

C. Sabín-Sanjulián, S. Simón‐Díaz+14 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Dec 11, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 43被引用数 38

ひとこと要約

本研究では、fastwindコードおよびIACOB-GBATを用いて30 Doradusの38個のO Vzおよび46個のO V星の分光的解析を通じて、O Vz星の性質を調査した。その結果、O Vz星は主にZAMSに近いが、風の強さ、重力、回転速度もヘリウムII λ4686吸収線に顕著な影響を及ぼすため、Vz分類が極めて若年であることを示唆するものではないことが判明した。特に35,000–40,000 Kの温度範囲で顕著である。

ABSTRACT

AIMS. We test the hypothesis of O Vz stars (characterized by having HeII4686 stronger in absorption than other He lines in their blue-violet spectra) being at a younger evolutionary stage than are normal O-type dwarfs. METHODS. We have performed a quantitative spectroscopic analysis of a sample of 38 O Vz and 46 O V stars, identified by the VLT-FLAMES Tarantula Survey in the 30 Doradus region of the Large Magellanic Cloud (LMC). We obtained the stellar and wind parameters of both samples using the FASTWIND stellar atmosphere code and the IACOB-GBAT grid-based automatic tool. In the framework of a differential study, we compared the physical and evolutionary properties of both samples, regarding Teff, logg, logQ and logL. We also investigated the predictions of the FASTWIND code about the O Vz phenomenon. RESULTS. We find a differential distribution of objects in terms of effective temperature, with O Vz stars dominant at intermediate values. The O Vz stars in 30 Doradus tend to be younger and less luminous, and they have weaker winds than the O V stars, but we also find examples with ages of 2-4 Myr and with luminosities and winds that are similar to those of normal O dwarfs. Moreover, the O Vz stars do not appear to have higher gravities than the O V stars. In addition to effective temperature and wind strength, our FASTWIND predictions indicate how important it is to take other stellar parameters (gravity and projected rotational velocity) into account for correctly interpreting the O Vz phenomenon. CONCLUSIONS. In general, the O Vz stars appear to be on or very close to the ZAMS, but there are some examples where the Vz classification does not necessarily imply extreme youth. In particular, the presence of O Vz stars in our sample at more evolved phases than expected is likely a consequence of modest O-star winds owing to the low-metallicity environment of the LMC.

研究の動機と目的

• O Vz星が強いヘリウムII λ4686吸収線を示すという点で、ゼロ年齢主系列（ZAMS）上またはその近傍に位置するかどうかを検証すること。
• O Vz現象が星の若年性を信頼できる指標として使えるのか、あるいは他の物理的パラメータに影響を受けるのかを特定すること。
• LMCにおける金属量の役割が、O Vz星の観測分布、特に弱い星風と関連してどのように作用するかを調査すること。
• 効用温度、重力、光度、風の強さ、および投影回転速度がVzスペクトル形態に与える影響を分離して調査すること。
• 二重星系からの合成スペクトルがO Vz特性を模倣できるかどうかを検討し、進化段階とは別の説明を提示すること。

提案手法

• 30 Doradusの38個のO Vz星および46個のO V星に対して、fastwind星大気コードを用いた定量的分光的解析を実施した。
• O星の光学スペクトルの自動解析に適したIACOB-GBATグリッドベースのツールを適用し、星のパラメータ（T_eff、log g、L/L_sun、log Q、v sin i）を導出した。
• log g 対 log T_eff、log Q 対 log T_eff、およびH–R図を用いて、O Vz星とO V星の進化状態を比較した。
• fastwindの予測を用いて、T_eff、log g、log Q、v sin iの関数としてHe ii λ4686、He i λ4471、He ii λ4541線の挙動を模擬した。
• 温度チャンクごとにO Vz星とO V星を比較する微分的解析を実施し、パラメータの依存性を特定した。
• LMCの低金属量が風の強さに与える影響、および進化した星においてVz特徴が長期間維持されるメカニズムを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 O Vz星は本当にZAMS上またはその近傍に位置しているのか、それとも他の星のパラメータがVz分類に影響を与えているのか。
• RQ2 重力、投影回転速度、風の強さが、O Vz星の観測されたHe ii λ4686吸収にどの程度影響を及ぼすのか。
• RQ3 LMCの低金属量を考慮すると、O Vz星が予想されるよりも高い光度および後期の進化段階に存在する理由は何か。
• RQ4 二重星系からの合成スペクトルが、極めて若年であると仮定せずとも、O Vzの特徴を説明できるのか。
• RQ5 LMCの金属量が、ZAMSを過ぎた星においてVz特徴が長期間維持されるメカニズムにどのように影響を与えるのか。

主な発見

• O Vz星は主に中程度から高い効用温度（35,000–40,000 K）に分布しており、ピークは約38,000 Kに集中しており、ZAMSに近い集中を示している。
• 30 DoradusのO Vz星は一般的に、通常のO V星よりも光度が低く、風も弱いが、これは若年性を支持するが、一部の星は2–4 Myrの年齢に達しており、風の強さはO V星と同等である。
• Vz現象は高重力にのみ関連するわけではない。O Vz星とO V星の間でlog gに顕著な差は認められず、重力だけではこの特徴を説明できない。
• fastwindの予測では、35,000–40,000 Kの範囲で、低重力および高いv sin iは、風の強さが低い場合でもVz分類を促進する。これは、特徴が複数のパラメータに敏感であることを示している。
• 約35,000 K未満では、温度が低いためHe i λ4471がHe ii λ4686を上回り、風の強さに関わらずO Vz星はこれらの温度ではほとんど出現しない。
• 約40,000 Kを超えると、Vz特徴は高log Qおよび高重力／低v sin iの条件下でのみ維持され、高温域では風の強さへの感受性が低下する。