[论文解读] Exploring the origin of magnetic fields in massive stars: II. New magnetic field measurements in cluster and field stars

S. Hubrig, M. Schöller+8 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 88被引用 24

一句话总结

本研究报告了对30颗大质量恒星的67次新的光谱偏振观测，确认了此前已检测到的九颗恒星存在磁场，并报告了五例显著性水平≥3σ的新磁场检测。研究结果表明，大质量恒星中的磁场并非普遍存在，其检测结果集中于特定的光谱型和环境，包括疏散星团和候选逃逸星，为通过磁场强度和出现率的观测趋势，约束大质量恒星磁场起源提供了关键依据。

ABSTRACT

Theories on the origin of magnetic fields in massive stars remain poorly developed, because the properties of their magnetic field as function of stellar parameters could not yet be investigated. To investigate whether magnetic fields in massive stars are ubiquitous or appear only in stars with a specific spectral classification, certain ages, or in a special environment, we acquired 67 new spectropolarimetric observations for 30 massive stars. Among the observed sample, roughly one third of the stars are probable members of clusters at different ages, whereas the remaining stars are field stars not known to belong to any cluster or association. Spectropolarimetric observations were obtained during four different nights using the low-resolution spectropolarimetric mode of FORS2 (FOcal Reducer low dispersion Spectrograph) mounted on the 8-m Antu telescope of the VLT. Furthermore, we present a number of follow-up observations carried out with the high-resolution spectropolarimeters SOFIN mounted at the Nordic Optical Telescope (NOT) and HARPS mounted at the ESO 3.6m between 2008 and 2011. To assess the membership in open clusters and associations, we used astrometric catalogues with the highest quality kinematic and photometric data currently available. The presence of a magnetic field is confirmed in nine stars previously observed with FORS1/2: HD36879, HD47839, CPD-282561, CPD-472963, HD93843, HD148937, HD149757, HD328856, and HD164794. New magnetic field detections at a significance level of at least 3sigma were achieved in five stars: HD92206c, HD93521, HD93632, CPD-468221, and HD157857. Among the stars with a detected magnetic field, five stars belong to open clusters with high membership probability. According to previous kinematic studies, five magnetic O-type stars in our sample are candidate runaway stars.

研究动机与目标

• 调查大质量恒星中的磁场是否普遍存在，或是否局限于特定的光谱型、年龄或环境。
• 利用新的光谱偏振数据，确定大质量恒星中磁场的出现率和磁场强度分布。
• 利用高精度的运动学和光度测量数据，评估观测恒星在疏散星团中的成员概率。
• 通过将观测到的磁场特性与恒星演化和双星相互作用理论的预测进行比较，检验磁场起源的理论模型。
• 基于运动学分析，在磁性O型星中识别潜在的逃逸星。

提出的方法

• 2011年5月，在甚大望远镜（VLT）8米Antu望远镜上使用FORS 2获取了四晚的低分辨率光谱偏振观测。
• 2008年至2011年间，使用北欧光学望远镜上的SOFIN和ESO 3.6米望远镜上的HARPS进行了后续的高分辨率光谱偏振观测。
• 利用高精度的天体测量和光度测量星表，确定了观测恒星的星团成员概率。
• 应用塞曼效应分析，通过光谱线中的圆偏振检测磁场，新检测结果的显著性阈值为至少3σ。
• 执行合成光谱建模，以评估轮廓变化，推断磁场的几何形态和强度。
• 评估磁性恒星的X射线发射特性，以交叉验证磁场的存在，并通过等离子体β参数评估恒星风的约束程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 大质量恒星中的磁场是否在光谱型、年龄和环境中均匀分布，还是更倾向于出现在特定群体中？
• RQ2 大质量恒星中磁场的出现率是多少？其在星团成员星与场星之间有何差异？
• RQ3 本样本中的磁性O型星是否表现出逃逸星的运动学特征？这对它们的起源有何启示？
• RQ4 观测到的磁场强度和分布与化石场或发电机起源模型的理论预测相比如何？
• RQ5 氮元素富集或X射线发射等间接指标能否可靠地用于推断大质量恒星中磁场的存在？

主要发现

• 此前已知存在磁场的九颗恒星——HD 36879、HD 47839、CPD $-$28 2561、CPD $-$47 2963、HD 93843、HD 148937、HD 149757、HD 328856 和 HD 164794——通过新观测得到确认。
• 在显著性水平至少3σ的条件下，新检测到五例磁场信号：HD 92206c、HD 93521、HD 93632、CPD $-$46 8221 和 HD 157857。
• 在九颗已确认的磁性恒星中，有五颗和在新检测中，有五颗属于高成员概率的疏散星团，提示磁场与星团环境之间可能存在关联。
• 样本中五颗磁性O型星基于运动学研究被列为候选逃逸星，表明其磁场形成可能与某种弹射机制有关。
• X射线发射分析显示，并非所有磁性大质量恒星都表现出强而硬的X射线辐射；部分为X射线暗或软X射线源，表明仅靠X射线特性不足以识别磁场。
• 部分恒星的轮廓变化和氮元素富集提供了磁场存在的间接证据，但由于恒星风和非局部热动平衡效应，合成建模仍具挑战性。