[论文解读] New insights into the nature of the SMC WR/LBV binary HD 5980

C. Foellmi, Gloria Koenigsberger+15 more|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 16被引用 1

一句话总结

本研究通过光学光谱观测，对大麦哲伦云中的大质量双星HD 5980进行了分析，从可变发射线（N IV、N V）中解析出径向速度曲线，测得主星（星A，爆发的LBV/WR星）的质量为58–79 M⊙，其WR型伴星（星B）的质量为51–67 M⊙。结果证实了该系统的极端特性，并支持存在一个第三颗星体（可能为双星系统）贡献了系统的‘第三星光’。

ABSTRACT

We present the results of optical wavelength observations of the unusual SMC eclipsing binary system HD 5980 obtained in 1999 and 2004--2005. Radial velocity curves for the erupting LBV/WR object (star A) and its close WR-like companion (star B) are obtained by deblending the variable emission-line profiles of N IV and N V lines under the simplistic assumption that these lines originate primarily in the winds of star A and star B. The derived masses M_A=58--79 Mo and M_B=51--67 Mo, are more consistent with the stars' location near the top of the HRD than previous estimates. The presence of a wind-wind interaction region is inferred from the orbital phase-dependent behavior of He I P Cygni absorption components. The emission-line intensities continued with the declining trend previously seen in UV spectra. The behavior of the photospheric absorption lines is consistent with the results of Schweickhardt (2002) who concludes that the third object in the combined spectrum, star C, is also a binary system with P(starC)~96.5 days, e=0.83. The data used in this paper will be made publicly available for further analysis.

研究动机与目标

• 利用发射线轮廓的径向速度曲线，测定HD 5980双星系统中两颗主星的动力学质量。
• 探究系统中未被两颗主星解释的‘第三星光’的起源。
• 分析1994年爆发下降阶段期间，风-风相互作用特征与发射线变异性之间的轨道行为。
• 检验第三颗星体（星C）本身为周期约96.5天、偏心率e ≈ 0.83的双星系统的假设。
• 利用1999年及2004–2005年多 epoch 的光学数据，进一步精确化系统的物理参数，包括质量、半径和光度。

提出的方法

• 对高分辨率光学光谱中可变发射线轮廓（N IV 4057 Å，N V 4603 Å）进行分解，提取星A和星B的径向速度曲线。
• 使用开普勒轨道模型对径向速度曲线进行拟合，以推导恒星质量与轨道元素。
• 分析He I P Cygni吸收成分的相位依赖性行为，以推断风-风相互作用区的存在。
• 将发射线流量变化趋势与先前的紫外数据进行比较，评估爆发后质量损失率的演化。
• 利用光球吸收线轮廓，约束第三颗星体（星C）的贡献，与Schweickhardt (2002) 的结果一致。
• 将测光数据（Swope和SMARTS望远镜）与轨道相位交叉比对，以验证径向速度解并监测亮度变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 HD 5980双星系统中两颗恒星的动力学质量是多少？与先前估计值相比有何差异？
• RQ2 综合光谱中的‘第三星光’源自何处？是否与第三颗星体的存在一致？
• RQ3 He I P Cygni吸收线的行为是否表明两颗大质量恒星之间存在风-风相互作用区？
• RQ4 在爆发后下降阶段，发射线强度如何演化？其变化趋势是否与紫外光谱中观察到的一致？
• RQ5 第三颗星体（星C）最合理的解释是否为一个周期约96.5天、偏心率e ≈ 0.83的双星系统？

主要发现

• 星A（爆发的LBV/WR星）的质量为58–79 M⊙，星B（WR型伴星）的质量为51–67 M⊙，这些结果比早期估计更符合其在赫罗图顶端的位置。
• 轨道解确认周期为19.3天，偏心率e ≈ 0.30，与先前测量结果一致。
• He I P Cygni吸收成分的相位依赖性行为为两颗恒星之间存在风-风相互作用区提供了有力证据。
• 发射线强度持续下降，与紫外光谱中观察到的趋势一致，表明爆发后质量损失率仍在持续减小。
• 光球吸收线轮廓支持存在第三颗星体（星C），其轨道参数与Schweickhardt (2002) 提出的周期P ≈ 96.5天、偏心率e ≈ 0.83的双星系统一致。
• 数据证实，系统中的‘第三星光’极可能源于第三颗恒星，最可能为双星系统，从而解决了该系统多重性长期存在的模糊性问题。