[논문 리뷰] The Wind Momentum - Luminosity Relationship of Galactic A- and B- Supergiants

R. P. Kudritzki, J. Puls외 6명|arXiv (Cornell University)|1999. 10. 25.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 24

한 줄 요약

이 논문은 비국소 열역학평형(NLTE) 통합 모형 대기를 사용하여 은하수 A- 및 B-초거대항성의 발레르 라인 프로파일을 분석함으로써, 풍속 운동량-광도 관계(WLR)를 수립한다. 이는 풍속 운동량이 O-초거대항성에서 최고로 나타나며, 초기형 B형에서 중간형 B형으로 갈수록 감소하고 A-초거대항성에서 再증가하는 비단조선형 경향을 보이며, A형 및 중간형 B형 초거대항성의 기울기가 O-은하계 항성보다 더 급격한 것으로 나타나, 복사력에 의한 풍속에서 이온화 상태에 따른 선강도 영향이 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The Balmer lines of four A Ia - supergiants (spectral type A0 to A3) and fourteen B Ia and Ib - supergiants (spectral type B0 to B3) in the solar neighbourhood are analyzed by means of NLTE unified model atmospheres to determine the properties of their stellar winds, in particular their wind momenta. As in previous work for O-stars (Puls et al.) a tight relationship between stellar wind momentum and luminosity (`WLR'') is found. However, the WLR varies as function of spectral type. Wind momenta are strongest for O-supergiants, then decrease from early B (B0 and B1) to mid B (B1.5 to B3) spectral types and become stronger again for A-supergiants. The slope of the WLR appears to be steeper for A- and mid B-supergiants than for O-supergiants. The spectral type dependence is interpreted as an effect of ionization changing the effective number and the line strength distribution function of spectral lines absorbing photon momentum around the stellar flux maximum. This interpretation needs to be confirmed by theoretical calculations for radiation driven winds. A-supergiants in M31 observed with HIRES at the Keck telescope have wind momenta compatible with their galactic counterparts. The potential of the WLR as a new, independent extragalactic distance indicator is discussed. It is concluded that with ten to twenty objects, photometry with HST and medium resolution spectroscopy with 8m-telescopes from the ground distance moduli can be obtained with an accuracy of about 0.1m out to the Virgo and Fornax clusters of galaxies.

연구 동기 및 목표

• 빛나는 A- 및 B-초거대항성이 O-은하계 항성에서 관측된 것과 유사한 풍속 운동량-광도 관계(WLR)를 따르는지 조사하기 위해.
• 근처의 초거대항성에서의 스펙트럼 데이터를 이용하여 후행 스펙트럼형(A 및 B)에 대한 WLR를 보정할 수 있는지 결정하기 위해.
• 가장 빛나는 '정상' 파란 초거대항성을 이용하여 WLR가 새로운 독립적인 은하간 거리 지표로 활용될 수 있는지 평가하기 위해.
• 스펙트럼형, 금속성, 풍속 변동성이 WLR의 신뢰성과 산란에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 미래의 8m급 망원경 관측을 통해 국부은하단 이외의 은하계 시스템에 대한 WLR의 적용 가능성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 비국소 열역학평형(NLTE) 통합 모형 대기를 사용하여 18개의 A- 및 B-초거대항성의 발레르 라인 프로파일(Hα, Hβ, Hγ)을 분석한다.
• 합성 선프로파일을 관측 스펙트럼에 맞추어 복사전달 및 선블랭킷팅을 고려하여 풍속 운동량($\dot{M}v_{\infty}$)을 유도한다.
• 이론적 WLR 프레임워크 $\dot{M}v_{\infty} \propto R_{\ast}^{-1/2}L^{1/\alpha_{\rm eff}}$를 사용하며, 여기서 $\alpha_{\rm eff}$는 선강도 분포 함수를 반영한다.
• 관측된 풍속 운동량을 O-은하계 항성 및 펌버스터 스타의 외삽된 WLR과 비교하여 일관성과 이질성을 평가한다.
• 특정 A-초거대항성(예: HD 92207)의 시간 시리즈 데이터를 이용하여 스펙트럼 변동성이 풍속 운동량에 미치는 영향을 평가한다.
• M33의 A-초거대항성에서 금속성의 다양성을 이용하여 금속성 의존성을 평가하고, 향후 마젤란 구름 및 M31의 조사에서의 결과를 고려한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 A- 및 B-초거대항성에 대해 풍속 운동량-광도 관계(WLR)가 존재하는가? 그리고 O-은하계 항성의 WLR와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 WLR는 어떻게 스펙트럼형에 따라 변화하는가? 그리고 이러한 변화를 설명하는 물리적 메커니즘(예: 이온화 상태, 선강도 분포 함수)은 무엇인가?
• RQ3 스펙트럼 변동성과 금속성이 WLR가 거리 지표로서의 산란과 신뢰성에 미치는 영향은 어느 정도인가?
• RQ4 WLR는 펌버스터 스타나 루미너스 블루 변수 P Cygni와 같은 극단적 천체로까지 외삽 가능할 수 있으며, 이로 인한 이질성은 무엇을 시사하는가?
• RQ5 WLR는 국부은하단 이외의 은하에 대해 실현 가능한 독립적인 은하간 거리 지표로 사용될 수 있는가?

주요 결과

• 은하수 A- 및 B-초거대항성에 대해 밀도 높은 풍속 운동량-광도 관계(WLR)가 확인되었으며, 풍속 운동량은 스펙트럼형에 따라 비단조선형 경향을 보인다.
• 풍속 운동량은 O-초거대항성에서 가장 강력하며, 초기형 B(B0–B1)에서 중간형 B(B1.5–B3)로 갈수록 감소하고 A-초거대항성(A0–A3)에서 再증가함을 보여, 스펙트럼형에 따라 달라지는 풍속 강도를 시사한다.
• A- 및 중간형 B-초거대항성의 WLR 기울기는 O-은하계 항성보다 더 급격한 것으로 나타나, 이온화 상태 변화에 따른 효과적인 선강도 분포 함수의 차이를 시사한다.
• 펌버스터 스타인 펌버스터 스타는 중간형 B-초거대항성의 외삽된 WLR 위에 위치하여, 고광도에서 이 관계의 강건성을 뒷받침한다.
• P Cygni는 극도의 질량 손실을 보이는 중간형 B-초거대항성으로, '정상' 초거대항성의 WLR보다 풍속 운동량이 1.2 dex 높은 것으로 나타나, 에딩턴 한계 근처의 풍속 이중안정성에 기인한 것으로 기인한다.
• M31의 A-초거대항성들은 은하수의 동료들과 일치하는 풍속 운동량을 보이며, 은하수와 M31 간의 WLR의 일반성(유니버설리티)을 뒷받침한다.