[论文解读] An In-Depth Spectroscopic Analysis of the Blazhko Star RR Lyr. I. Characterisation of the star: abundance analysis and fundamental parameters

K. Kolenberg, L. Fossati+5 more|Open Research Online (The Open University)|Apr 28, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 25

一句话总结

本研究利用麦克唐纳天文台获取的高分辨率、高信噪比光谱，对Blazhko变星RR Lyrae星进行了自洽的光谱分析。通过在半径最大 pulsation 相位分析数据，结合深度依赖的微湍流速度，确定了基本参数和元素丰度分布，揭示了当使用固定 $υ_{μ}}$ 值时，元素丰度存在高达0.06 dex的低估。

ABSTRACT

The knowledge of accurate stellar parameters is a keystone in several fields of stellar astrophysics, such as asteroseismology and stellar evolution. Although the fundamental parameters can be derived both from spectroscopy and multicolour photometry, the results obtained are sometimes affected by systematic uncertainties. In this paper, we present a self-consistent spectral analysis of the pulsating star RR Lyr, which is the primary target for our study of the Blazhko effect. We used high-resolution and high signal-to-noise ratio spectra to carry out a consistent parameter determination and abundance analysis for RR Lyr. We provide a detailed description of the methodology adopted to derive the fundamental parameters and the abundances. Stellar pulsation attains high amplitudes in RR Lyrae stars, and as a consequence the stellar parameters vary significantly over the pulsation cycle. The abundances of the star, however, are not expected to change. From a set of available high-resolution spectra of RR Lyr we selected the phase of maximum radius, at which the spectra are least disturbed by the pulsation. Using the abundances determined at this phase as a starting point, we expect to obtain a higher accuracy in the fundamental parameters determined at other phases. The set of fundamental parameters obtained in this work fits the observed spectrum accurately. Through the abundance analysis, we find clear indications for a depth-dependent microturbulent velocity, that we quantified. We confirm the importance of a consistent analysis of relevant spectroscopic features, application of advanced model atmospheres, and the use of up-to-date atomic line data for the determination of stellar parameters. These results are crucial for further studies, e.g., detailed theoretical modelling of the observed pulsations.

研究动机与目标

• 利用高分辨率光谱学方法，确定Blazhko变星RR Lyr在最大半径相位的有效温度、表面重力和金属量等基本参数。
• 解决以往丰度测定中因脉动引起的光谱畸变所导致的不一致性。
• 量化微湍流速度随大气深度的变化，以克服固定 $\upsilon_{\mathrm{mic}}$ 假设的局限性。
• 提供一套稳健、自洽的恒星参数与丰度数据，作为研究Blazhko效应和脉动动力学的基石。
• 支持系外行星探测任务（如开普勒任务）观测背景下的类太阳脉动星的地震学建模与理论研究。

提出的方法

• 利用麦克唐纳天文台2.7米望远镜上的罗伯特·G·图尔勒折返光谱仪获取了RR Lyr的高分辨率、高信噪比光谱。
• 选择半径最大的脉动相位作为分析的最佳时刻，以最小化脉动引起的光谱畸变。
• 采用LLmodels进行模型大气计算，使用SYNTH3/WIDTH9进行合成轮廓拟合与LTE丰度分析。
• 通过Hγ线的合成轮廓拟合确定有效温度（$T_{\mathrm{eff}}$）；利用离子平衡约束表面重力（$\log g$）。
• 通过绘制元素丰度与等效宽度的关系图进行LTE丰度分析，测试固定与深度依赖的微湍流速度分布。
• 通过迭代拟合量化深度依赖的 $\upsilon_{\mathrm{mic}}$，显著改善了观测与合成轮廓强度的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在最大半径相位，RR Lyr最准确的基本参数（有效温度、表面重力、金属量）是什么？
• RQ2 脉动引起的光谱畸变如何影响丰度测定？通过选择最优相位能否缓解这一问题？
• RQ3 是否需要采用深度依赖的微湍流速度以调和观测等效宽度与合成轮廓之间的差异？其定量分布如何？
• RQ4 假设微湍流速度恒定对丰度测定有何影响？由此产生的系统性误差有多大？
• RQ5 所获得的丰度与参数与以往研究相比如何？对Blazhko效应建模有何启示？

主要发现

• 通过Hγ线的合成轮廓拟合，确定RR Lyr在最大半径相位的有效温度为 $T_{\mathrm{eff}} = 6125 \pm 50$ K。
• 利用离子平衡约束，确定表面重力为 $\log g = 2.4 \pm 0.2$。
• 首次推导出深度依赖的微湍流速度分布，表明使用固定 $\upsilon_{\mathrm{mic}}$ 会导致元素丰度系统性低估，最高达0.06 dex。
• 丰度分析表明，RR Lyr在所有重元素上均呈超丰度，与以往研究一致。
• 采用深度依赖的 $\upsilon_{\mathrm{mic}}$ 显著提高了全谱段观测与合成轮廓强度的一致性。
• 本研究为未来类RR Lyrae星的地震学建模与Blazhko效应的理论研究，提供了稳健且自洽的恒星参数与丰度数据集。