[论文解读] On the evolutionary status of Be stars. I. Field Be stars near the Sun

J. Zorec, Y. Frémat+1 more|ArXiv.org|Sep 6, 2005

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 51被引用 56

一句话总结

本研究利用旋转模型大气和演化轨迹，分析了97颗太阳附近的场Be星，以确定其质量与年龄。研究发现，Be星覆盖了整个主序星寿命（0 ≤ τ/τ_MS ≤ 1），其中大质量恒星（M ≥ 12 M☉）在演化早期即表现出Be现象，而低质量恒星则较晚才出现，这可能是由于大质量恒星质量损失更快，且角动量输运 timescales 更长所致。

ABSTRACT

A sample of 97 galactic field Be stars were studied by taking into account the effects induced by the fast rotation on their fundamental parameters. All program stars were observed in the BCD spectrophotometric system in order to minimize the perturbations produced by the circumstellar environment on the spectral photospheric signatures. This is one of the first attempts at determining stellar masses and ages by simultaneously using model atmospheres and evolutionary tracks, both calculated for rotating objects. The stellar ages ($τ$) normalized to the respective inferred time that each rotating star can spend in the main sequence phase ($τ\_{ m MS}$) reveal a mass-dependent trend. This trend shows that: a) there are Be stars spread over the whole interval $0 \la τ/τ\_{ m MS} \la 1$ of the main sequence evolutionary phase; b) the distribution of points in the ($τ/τ\_{ m MS},M/M\_{\odot}$) diagram indicates that in massive stars ($M \ga 12M\_{\odot}$) the Be phenomenon is present at smaller $τ/τ\_{ m MS}$ age ratios than for less massive stars ($M \la 12M\_{\odot}$). This distribution can be due to: $i$) higher mass-loss rates in massive objets, which can act to reduce the surface fast rotation; $ii$) circulation time scales to transport angular momentum from the core to the surface, which are longer the lower the stellar mass.

研究动机与目标

• 通过使用旋转恒星模型推导质量与年龄，确定太阳附近场Be星的演化状态。
• 解决Be星中快速旋转是初始属性还是在主序演化过程中获得的模糊性。
• 研究旋转效应、质量损失与角动量输运在塑造主序星上Be星观测分布中的作用。
• 评估周围星周包层发射对光谱测量的影响，并使用BCD测光系统最小化这些扰动。
• 将观测到的旋转速度分布与旋转恒星的理论模型进行比较，特别关注临界旋转极限。

提出的方法

• 在BCD测光系统中观测97颗场Be星，以将光球层光谱特征与星周发射效应分离。
• 使用为旋转恒星计算的模型大气和演化轨迹，推导基本参数，包括质量与年龄。
• 计算'pnrc'（父本非旋转对应体）和'平均'表面参数，以校正旋转引起的形变与重力暗化。
• 基于先前的观测数据（Frémat et al., 2005），假设Be星的平均旋转速度比为Ω/Ω_c = 0.88。
• 将恒星年龄τ归一化至主序星寿命τ_MS，以建立τ/τ_MS比值，便于不同质量间的比较。
• 针对不同的差速旋转律（p = 0.4, 0.7, 1.0），计算旋转动能与能量比（K(p)/K(0) 和 E(p)），以评估旋转能量分布。

实验结果

研究问题

• RQ1 Be星是否覆盖了主序演化相的全部范围，还是局限于特定阶段？
• RQ2 Be现象的发生如何随恒星质量变化，与归一化年龄τ/τ_MS的关系如何？
• RQ3 质量损失与角动量输运在主序星上Be星观测分布中起什么作用？
• RQ4 观测到的旋转速度与光谱特征能否由具有差速旋转的旋转恒星模型解释？
• RQ5 Be现象更可能在主序的早期还是晚期发生？这与恒星质量有何关系？

主要发现

• Be星分布在主序演化全过程，τ/τ_MS 范围从0到1，表明其不局限于某一特定演化阶段。
• 大质量Be星（M ≥ 12 M☉）表现出Be现象的τ/τ_MS比值显著低于低质量恒星（M < 12 M☉），即在主序早期即出现。
• 大质量恒星中Be现象更早出现，归因于更高的质量损失率，这会降低表面旋转速度，并缩短达到临界旋转的时间。
• 在低质量恒星中，大尺度经向环流将角动量从核心输运至表面的 timescale 更长，从而延迟临界旋转及Be现象的出现。
• 旋转能量比显示，即使轻微的差速旋转（p = 0.4）也能使动能增加52%，能量比E(p)增加44%，相比非旋转模型。
• 对于p = 0.7（典型于对流区），能量比E(p)达到0.026，几乎是临界刚性旋转体的两倍，表明内部能量重新分布显著。