[论文解读] First VLT spectra of white dwarfs in a globular cluster

S. Moehler, U. Heber+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 3

一句话总结

本研究首次获得了银河系球状星团NGC 6397中白矮星的甚大望远镜（VLT）光谱，通过信噪比低的光谱观测确认了四颗富含氢的DA型白矮星。研究证明，可通过大气参数——有效温度与表面重力——估算白矮星质量与绝对星等，从而实现对星团的独立距离测定；若假设星族中所有白矮星质量恒定，则该方法会引入系统性偏差。

ABSTRACT

We present the first spectra obtained with the Very Large Telescope for white dwarfs in a globular cluster. Estimates of atmospheric parameters are obtained and compared to evolutionary tracks. We discuss possible implications for the distance scale of globular clusters and white dwarf evolution and demonstrate how white dwarfs might be used to establish an independent distance scale to globular clusters.

研究动机与目标

• 利用甚大望远镜（VLT）获取球状星团中白矮星的首组高质量光谱数据。
• 测定NGC 6397中单个白矮星的大气参数——有效温度与表面重力。
• 检验利用白矮星作为标准烛光对球状星团实现独立距离测定的可行性。
• 探讨白矮星质量与冷却轨迹对星团距离模与演化模型的影响。
• 评估基于白矮星推导的距离与现有光学及依巴谷（Hipparcos）距离估计的一致性。

提出的方法

• 利用VLT的FORS1多目标光谱仪获取NGC 6397中白矮星候选体的低信噪比（S/N ≈ 10）光谱。
• 通过模型大气拟合方法，基于巴尔末线轮廓反演有效温度。
• 通过将实测光谱与富含氢（DA型）白矮星的理论模型比较，估算表面重力（log g）。
• 在碳氧（C/O）与氦（He）白矮星演化轨迹之间插值，估算质量。
• 利用Bergeron等人（1995a）的测光校准关系，针对不同log g与温度组合计算绝对星等。
• 假设不同质量与表面重力，计算每颗恒星的距离模数，并与现有距离估计进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否从球状星团场中低信噪比VLT光谱可靠地推导出白矮星的大气参数？
• RQ2 NGC 6397中白矮星的质量范围是多少？其与水平分支形态理论预期相比如何？
• RQ3 基于白矮星推导的距离模数与NGC 6397现有的光学及依巴谷（Hipparcos）距离估计相比如何？
• RQ4 若假设星族中所有白矮星质量恒定，是否会在距离测定中引入系统性偏差？
• RQ5 样本中最冷的白矮星是否位于ZZ Ceti不稳定性带附近，提示可能存在光度变异性？

主要发现

• 通过光谱分析，确认NGC 6397中四名白矮星候选体为富含氢的DA型白矮星。
• 最亮的恒星WF4-358的估计质量为（0.36 ± 0.12）M☉，与氦核心白矮星一致，但因误差范围较大，碳氧核心白矮星的可能性仍无法排除。
• 基于巴尔末线反演的有效温度与使用Bergeron等人（1995a）模型的（V-I）0色指数测得的光度估计值高度一致。
• 基于相同log g值推导的距离模数在样本中系统性变化：最亮的恒星（WF4-358）给出最小距离模数，最暗的恒星（WF2-846）给出最大距离模数。
• 对于给定log g，平均距离模数为：0.4 M☉时为12.3，0.5 M☉时为12.0，0.6 M☉时为11.6，标准差为0.17 mag。
• 推导距离模数的系统性变化表明，若假设星族中白矮星质量恒定，将导致距离估计产生系统性偏差，凸显对单个白矮星质量独立测定的必要性。