[论文解读] A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1 V. the X-ray selected blue stragglers Wd1-27 and -30a

J. S. Clark, F. Najarro+4 more|Open Research Online (The Open University)|Nov 23, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 111被引用 7

一句话总结

本研究利用多 epoch 的 VLT/FLAMES 光谱和 X 射线数据，调查了年轻星团 Westerlund 1 中的两个大质量蓝离散星候选体 Wd1-27 和 Wd1-30a。研究发现，这两颗恒星均为极端 O 型超巨星，其质量与光度远超典型单星，且提供了强有力的证据表明 Wd1-30a 是一个短周期双星系统，暗示双星诱导的质量转移或合并是这些大质量恒星的起源。

ABSTRACT

Observational studies suggest that many OB stars are found within binary systems which may be expected to interact during their lifetimes. Significant mass transfer or merger of both components will modify evolutionary pathways, facilitating the production of exceptionally massive stars which will present as blue stragglers. Identification and characterisation of such objects is crucial if the outcomes of binary evolutionary channels are to be quantified. The massive cluster Westerlund 1 hosts a rich population of X-ray bright stars where the emission is thought to derive from the wind collision zones of massive binaries. Selected on this basis, we present the results of a multiwavelength analysis of the X-ray luminous O stars Wd1-27 and -30a. We find both to be early/mid-O hypergiants with luminosities, temperatures and masses significantly in excess of other early stars within Wd1, hence qualifying as massive blue stragglers. The nature of Wd1-27 remains uncertain but the detection of radial velocity changes and the X-ray properties of Wd1-30a suggest that it is a binary. Analysis of Gaia proper motion and parallactic data indicates that both are cluster members; we also provide a membership list for Wd1 based on this analysis. The presence of hypergiants of spectral types O to M within Wd1 cannot be understood via single-star evolution. We suppose that the early-B and mid-O hypergiants formed via binary-induced mass-stripping of the primary and mass-transfer to the secondary, respectively. This implies that for a subset of objects massive star-formation may be regarded as a two-stage process, with binary-driven mass-transfer or merger yielding stars with masses significantly in excess of their initial birth mass (Abridged).

研究动机与目标

• 确定西森德1星团中两个 X 射线明亮的蓝离散星候选体 Wd1-27 和 Wd1-30a 的本质及其演化起源。
• 利用 Gaia DR2 的自行和视差数据评估这些恒星是否为星团成员。
• 通过径向速度变化和 X 射线谱分析研究双星存在的可能性。
• 评估双星相互作用（特别是质量转移或合并）在形成超过经典质量极限的大质量恒星中的作用。
• 检验在致密星团中大质量恒星形成可能是一个由双星演化驱动的两阶段过程的假设。

提出的方法

• 利用 VLT/FLAMES 进行多 epoch 光谱观测，测量径向速度并检测轨道变化。
• 应用非-LTE 模型大气分析，从高分辨率光学光谱中推导出恒星基本参数（Teff, log g, L, M）。
• 分析来自 XMM-Newton 和 Chandra 的 X 射线数据，以表征硬 X 射线发射，并推断双星系统中的风-风碰撞激波。
• 与 Gaia DR2 进行交叉匹配，通过视差、自行和径向速度一致性评估星团成员资格。
• 评估表面元素丰度分布（如 N/C 比值）作为质量转移和混合过程的诊断指标。
• 使用时间序列分析检测具有 >99% 置信度的周期性径向速度变化，表明存在轨道运动。

实验结果

研究问题

• RQ1 X 射线选中的蓝离散星 Wd1-27 和 Wd1-30a 是否确实是 Westerlund 1 星团的真实成员？
• RQ2 Wd1-27 和 Wd1-30a 是否表现出指示双星存在的径向速度变化？
• RQ3 Wd1-30a 的 X 射线发射性质为何？是否支持一个短轨道周期的双星起源？
• RQ4 这些恒星的极端质量和光度能否通过单星演化解释，还是必须依赖双星相互作用？
• RQ5 在像 Westerlund 1 这类致密年轻星团中，质量转移或合并对形成大质量蓝离散星起到了何种作用？

主要发现

• 基于 Gaia DR2 的径向速度、自行和视差的一致性，确认 Wd1-27 和 Wd1-30a 为真实星团成员。
• Wd1-30a 表现出具有 >99% 置信度的径向速度变化，表明其为轨道周期 ≤10 天的双星系统。
• 这两颗恒星被归类为早型/中型 O 型超巨星，其光度和质量显著超过 Westerlund 1 中典型 O 型星，证实其为大质量蓝离散星。
• Wd1-30a 的硬 X 射线谱与大质量双星系统中的风-风碰撞激波一致。
• 表面氮元素显著增强，而碳和氧未见耗尽，排除了单星演化的可能性，支持双星质量转移的解释。
• 本研究识别出 Westerlund 1 中一类独特的超巨星群体，其光谱型从 O4-5 Ia+ 到 M6 Ia 不等，仅靠单星演化无法解释，暗示存在多种依赖双星相互作用的形成路径。