[论文解读] Bright OB stars in the Galaxy IV. Stellar and wind parameters of early to late B supergiants

N. Markova, J. Puls|ArXiv.org|Nov 7, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 69被引用 100

一句话总结

本研究利用非局部热动平衡大气模型代码 FASTWIND 确定了 11 颗银河系 B 型超巨星（B0 至 B9）的恒星与风参数，发现线致吸收和风致遮蔽效应需将有效温度标度向下修正 10–20%。主要发现为：在双稳态区域中，质量损失率 ($\dot{M}$) 仅变化 0.4–2.5 倍，与理论预测中 $v_\infty$ 下降而 $\dot{M}$ 增加以补偿的结论相矛盾。

ABSTRACT

We apply the NLTE atmosphere code FASTWIND to perform a spectroscopic study of a small sample of Galactic B-supergiants from B0 to B9. By means of the resulting data and incorporating additional datasets from alternative studies, we investigate the properties of OB-supergiants and compare our findings with theoretical predictions. As a result we find that due to the combined effects of line- and wind-blanketing, the temperature scale of Galactic B-supergiants needs to be revised downwards, by 10 to 20 percent, the latter value being appropriate for stronger winds. In fair accordance with recent results, our sample furthermore indicates a gradual decrease in wind terminal velocities over the bi-stability region, where the limits of this region are located at lower temperatures than the predicted ones. Introducing a distance-independent quantity Q' related to wind-strength, we also show that this quantity is a well defined, monotonically increasing function of Teff outside this region. Inside and from hot to cool, the mass loss rate changes by a factor (in between 0.4 and 2.5) which is (much) smaller than the predicted factor of 5. All this indicates that the decrease in wind terminal velocity over the bi-stability region is not over-compensated by an increase of mass loss rate, as frequently argued (provided the wind-clumping properties on both sides of this region do not differ substantially).

研究动机与目标

• 通过早期至晚期光谱子型（B0 至 B9）的银河系 B 型超巨星样本，确定可靠的恒星与风参数。
• 研究线致吸收和风致遮蔽效应对 B 型超巨星有效温度标度的影响。
• 将理论风特性（如 $v_\infty$、$\dot{M}$）的预测与观测光谱数据进行对比。
• 检查新提出的无距离依赖风强度参数 $Q'$ 在双稳态区域内的行为。
• 评估风致凝聚与宏观湍流在解释观测谱线轮廓及风诊断参数中的作用。

提出的方法

• 采用非局部热动平衡大气模型代码 FASTWIND 合成观测 B 型超巨星的谱线轮廓。
• 通过合成轮廓与观测轮廓的拟合，推导恒星与风参数，包括 $T_{\rm eff}$、$\dot{M}$、$v_\infty$ 和微湍流速度。
• 应用傅里叶技术分离恒星自转与宏观湍流对谱线加宽的贡献。
• 在估算微湍流速度的同时并行确定硅元素丰度，以提高光谱拟合精度。
• 引入新的无距离依赖风强度参数 $Q' = \dot{M} / (R_\star^{1.5} \, g_{\rm eff} / v_\infty)$，以分析 $T_{\rm eff}$ 变化时的风行为。
• 将观测到的 $Q'$ 与风特性同 Vink 等人（2000）的理论预测及近期观测数据集进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 线致吸收与风致遮蔽效应对 B 型超巨星，特别是中型与晚型恒星的有效温度标度有何影响？
• RQ2 在双稳态区域中，观测到的风参数（$v_\infty$、$\dot{M}$）在多大程度上偏离理论预测？
• RQ3 风强度参数 $Q'$ 在双稳态区域之外是否为 $T_{\rm eff}$ 的良好行为函数？其在区域内部的行为如何？
• RQ4 观测到的 $\dot{M}$ 在双稳态区域内的变化是否过度补偿了 $v_\infty$ 的下降，如理论预测所示？
• RQ5 凝聚效应与宏观湍流如何影响风诊断的解释及所推导参数的准确性？

主要发现

• 银河系 B 型超巨星的有效温度标度必须向下修正 10–20%，其中强风恒星的修正更大，这是由于线致吸收与风致遮蔽效应所致。
• 双稳态区域的实际位置低于理论预测（18–23 kK 而非 22.5–27 kK），且 $v_\infty$ 在该区域呈现渐变下降趋势。
• 新引入的风强度参数 $Q'$ 在双稳态区域之外是定义良好且单调递增的 $T_{\rm eff}$ 函数，表明风行为一致。
• 在双稳态区域内，从热星到冷星，$\dot{M}$ 的变化幅度仅为 0.4 至 2.5 倍，远小于理论预测的 5 倍。
• $v_\infty$ 的下降未被 $\dot{M}$ 的增加所过度补偿，与理论预测中风动量应随跃迁而增加的结论相矛盾。
• 理论质量损失率可能被高估，尤其是在双稳态区域的冷端，提示需要引入凝聚与辐射场效应的改进风模型。