[论文解读] A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1: I. first observations of luminous evolved stars

B. W. Ritchie, J. S. Clark+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 21, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 31被引用 5

一句话总结

本研究首次基于长基线VLT/FLAMES巡天，对年轻星团Westerlund 1中的大质量双星系统进行了径向速度测量。通过多历元光谱观测明亮演化星，识别出6个可靠的双星候选体（双星分数为30%），并发现约60%的目标存在显著的径向速度变化，而早期B型超巨星中的光球脉动使轨道解释变得复杂。

ABSTRACT

Multiwavelength observations of the young massive cluster Westerlund 1 have revealed evidence for a large number of OB supergiant and Wolf-Rayet binaries. However, in most cases these findings are based on secondary binary characteristics such as hard X-ray emission and/or non-thermal radio spectra and hence provide little information on binary properties such as mass ratio and orbital period. To overcome this shortcoming we have initiated a long temporal baseline, VLT/FLAMES+GIRAFFE multi-epoch radial velocity survey that will provide the first direct constraints on these parameters. This study presents first results from twenty of the most luminous supergiant stars in Wd1. Statistically significant radial velocity changes are detected in ~60% of targets. W43a is identified as a short-period binary, while W234 and the newly-identified cluster member W3003 are probable binaries and W2a is a strong binary candidate. The cool hypergiants W243 and W265 display photospheric pulsations, while a number of early-mid B supergiants display radial velocity changes that we cannot distinguish between orbital or photospheric motion in our initial short-baseline survey. When combined with existing observations, we find 30% of our sample to be binary (6/20) while additional candidate binaries support a binary fraction amongst Wd1 supergiants in excess of ~40% [ABRIDGED]

研究动机与目标

• 通过径向速度监测，直接测量Westerlund 1中大质量双星的轨道参数。
• 克服间接双星探测方法（如X射线或射电特征）的局限性，这些方法无法约束质量比和轨道周期。
• 评估在年轻、致密的星团环境中，大质量演化星的真实双星分数。
• 利用多历元数据，区分变星超巨星中的轨道运动与光球脉动。
• 为未来研究大质量星团中双星演化路径和恒星形成机制奠定基础。

提出的方法

• 在2个月的时间基线上（2008年7月至9月），对Westerlund 1中20颗明亮超巨星进行了多历元VLT/FLAMES+GIRAFFE光谱观测。
• 利用8484–9001 Å波段范围内的强巴尔末系吸收线测量径向速度。
• 应用统计分析检测显著的径向速度变化，以识别双星系统。
• 将径向速度结果与现有的多波段数据（X射线、射电、红外）结合，交叉识别双星候选体。
• 通过光谱轮廓变化评估速度变化的来源是轨道运动还是光球脉动。
• 通过比较可靠的RV检测结果与基于外部证据（如X射线、射电、发射线）识别的候选体，评估双星分数。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于径向速度监测，Westerlund 1中大质量演化超巨星的真实双星分数是多少？
• RQ2 早期B型超巨星中的径向速度变化是否可归因于轨道运动或光球脉动？
• RQ3 径向速度结果与先前通过间接方法（如X射线或射电）探测到的双星系统相比如何？
• RQ4 冷超巨星和明亮蓝变星中的光球脉动在多大程度上会模仿径向速度巡天中的轨道运动？
• RQ5 观测到的双星分数对大质量恒星形成理论（如竞争吸积或恒星并合）有何启示？

主要发现

• 在观测的20颗明亮超巨星中，有6颗（30%）在多历元数据下表现出与双星系统一致的显著径向速度变化。
• 约60%的目标表现出约15–25 km s⁻¹的径向速度变化，但在早期B型超巨星中，其成因（轨道运动或脉动）仍不明确。
• W43a被识别为短周期双星，而W234、W3003和W2a为可能或强双星候选体。
• 冷超巨星W243和W265表现出光球脉动，其中W243需存在热伴星才能解释其发射线光谱。
• 若将基于X射线、射电和发射线数据识别的候选双星纳入统计，双星分数估计至少达到40%。
• 光球脉动可能在Westerlund 1的过渡型B型超巨星和冷超巨星中普遍存在，从而复杂化了径向速度的解释。