[논문 리뷰] XMM-Newton observations of the sigma Ori cluster. I. The complex RGS spectrum of the hot star sigma Ori AB

J. Sanz‐Forcada, E. Franciosini외 1명|ArXiv.org|2004. 04. 05.

Astrophysics and Star Formation Studies인용 수 40

한 줄 요약

이 연구는 젊은 σ Ori 별자리에 속한 뜨거운 O9.5V형 별 σ Ori AB의 고해상도 RGS 스펙트럼을 XMM-Newton를 이용해 분석하며, 주변 X선 소스에 의한 오염을 철저히 분리하여 별의 진정한 복사 특성을 규명하였다. 주요 발견은 표준 충격가열 모델이 예측하는 것보다 극적으로 낮은 O vii 금지선 대 상호작용선 비율과 바람에서 비정상적으로 높은 CNO 원소 농도로, 이는 뜨거운 별 바람의 충격가열 모델에 도전하는 것이다.

ABSTRACT

We present XMM-Newton observations of the young (~2-5 Myr) cluster around the hot (O9.5V) star sigma Orionis AB, aimed at obtaining a high resolution RGS spectrum of the hot star as well as EPIC imaging data for the whole field. We show that the RGS spectrum of sigma Ori AB may be contaminated by weaker nearby sources which required the development of a suitable procedure to extract a clean RGS spectrum and to determine the thermal structure and wind properties of the hot star. We also report on the detection of a flare from the B2Vp star sigma Ori E and we discuss whether the flare originated from the hot star itself or rather from an unseen late-type companion. Other results of this observation include: the detection of 174 X-ray sources in the field of sigma Ori of which 75 identified as cluster members, including very low-mass stars down to the substellar limit; the discovery of rotational modulation in a late-type star near sigma Ori AB; no detectable line broadenings and shifts (<800 km s^-1) in the spectrum of sigma Ori AB together with a remarkable low value of the O VII forbidden to intercombination line ratio and unusually high coronal abundances of CNO elements.

연구 동기 및 목표

• 주변 X선 소스에 의한 오염을 최소화하면서 젊은 σ Ori 별자리에 속한 뜨거운 별 σ Ori AB의 고해상도 RGS 스펙트럼을 확보하기 위해.
• 고해상도 X선 스펙트럼을 이용하여 σ Ori AB의 열적 구조와 바람 특성을 규명하기 위해.
• B2Vp형 별 σ Ori E에서 관측된 플레어의 기원을 규명하기 위해, 뜨거운 별 자체의 복사인지 또는 알려지지 않은 저질량 동반성인지 구분하기 위해.
• σ Ori 영역 내 X선 소스를 식별하고 특성화하기 위해, 특히 별형 이하 한계까지 낮은 질량의 별들과 백색왜성까지 포함하여.
• σ Ori AB 스펙트럼에서 바람 유도 선 broadening 및 이동 현상이 존재하는지 확인하여 고속의 복사 유속이 존재하는지 테스트하기 위해.

제안 방법

• XMM-Newton의 동시 고해상도 RGS 및 저해상도 EPIC (PN 및 MOS) 스펙트럼을 이용하여 σ Ori 별자리 영역을 관측하였다.
• 주변 소스의 EPIC 스펙트럼을 사용하여 기여를 모델링하고, σ Ori AB의 RGS 스펙트럼에서 이를 제거하기 위한 스펙트럼 보정 절차를 개발하였다.
• 시야 내 소스의 이격으로 인한 RGS 스펙트럼의 파장 이동을 적용하여 주변 소스의 기여 선을 식별하고 고립하였다.
• 청소된 σ Ori AB의 RGS 스펙트럼에 대해 열적 구조를 추론하기 위해 차분 방출 측정(Differential Emission Measure, DEM) 분석을 수행하였다.
• σ Ori E의 광도 곡선과 EPIC 스펙트럼을 분석하여 플레어 활동을 탐지하고, 침묵 상태와 플레어 상태에서의 스펙트럼 경도 및 금속성 농도 변화를 평가하였다.
• Fe i 형광선의 존재와 위상 일치하는 흡수 패널을 이용하여 원위성 물질을 추론하고 플레어 기원 가설을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 주변 X선 소스에 의한 오염을 제거한 후 σ Ori AB의 본질적 고해상도 RGS 스펙트럼은 무엇인가?
• RQ2 σ Ori AB의 RGS 스펙트럼은 강력한 항성 바람과 일치하는 선 폭발 또는 속도 이동을 보이는가?
• RQ3 왜 σ Ori AB의 O vii 금지선 대 상호작용선 비율이 표준 충격가열 모델이 예측하는 것보다 현저히 낮은가?
• RQ4 σ Ori E에서 관측된 X선 플레어의 기원은 무엇인가—이는 뜨거운 별 자체에서 발생하는가, 아니면 알려지지 않은 저질량 동반성에서 발생하는가?
• RQ5 σ Ori AB 바람에서 관측된 강화된 CNO 농도는 젊고 진화하지 않은 별과 일치하는가, 아니면 이례적인 농도 증가 과정을 시사하는가?

주요 결과

• σ Ori 영역에서 총 174개의 X선 소스가 탐지되었으며, 그 중 75개는 별자리 구성원으로 확인되었으며, 별형 이하 한계까지 낮은 질량의 별들과 백색왜성까지 포함되었다.
• K형 별(소스 #4)에서 표면 활동에 의한 회전 조절이 관측되어, 저질량 별자리 구성원에서 자기적 활동이 존재함을 시사하였다.
• B2Vp형 별 σ Ori E는 침묵 상태 대비 약 ~7배의 금속 농도 증가를 보이는 플레어를 나타내었으며, 활성 저질량 별에서 관측되는 플레어와 유사하였다.
• σ Ori E의 침묵 상태 X선 스펙트럼은 뜨거운 별로서는 이례적으로 경도가 높았으며, 금속 농도 Z ~ 0.1 Z☉로, 냉각 활성 별과 유사하였다.
• σ Ori AB의 O vii 금지선 대 상호작용선 비율은 표준 충격가열 모델과 일치하지 않게 매우 이례적으로 낮게 측정되었으며, 이는 뜨거운 별 바람의 충격가열 메커니즘에 도전하는 결과였다.
• σ Ori AB의 RGS 스펙트럼에서 유의미한 선 폭발 또는 속도 이동(≤ 800 km s⁻¹)은 관측되지 않았으며, 이는 고체 바람 유속이 존재하지 않음을 시사하였고, 이는 Fe에 비해 CNO 농도가 높은 것과도 일치하였다.