[论文解读] Runaway blue main-sequence stars at high Galactic latitudes. Target selection with Gaia and spectroscopic identification

R. Raddi, A. Irrgang+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 17, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 88被引用 13

一句话总结

本研究利用盖亚DR2天体测量数据和低分辨率光谱学，在高银纬区域识别出12颗高速蓝主序星，其中三例的抛射速度超过450 km s⁻¹，对经典抛射模型构成挑战。该方法结合盖亚视差和自行数据筛选候选体，再通过光谱分析确认主序星状态，并比较光谱测距与视差测距的一致性，揭示了潜在的新抛射机制。

ABSTRACT

Motivated by the historical identification of runaway main-sequence (MS) stars of early spectral type at high Galactic latitudes, we test the capability of Gaia at identifying new such stars. We have selected ~2300 sources with Gaia magnitudes of GBP - GRP < 0.05, compatible with the colors of low-extinction MS stars earlier than mid-A spectral type, and obtained low-resolution optical spectroscopy for 48 such stars. By performing detailed photometric and spectroscopic analyses, we derive their atmospheric and physical parameters (effective temperature, surface gravity, radial velocity, interstellar reddening, spectrophotometric distance, mass, radius, luminosity, and age). The comparison between spectrophotometric and parallax-based distances enables us to disentangle the MS candidates from older blue horizontal branch (BHB) candidates. We identify 12 runaway MS candidates, with masses between 2 and 6 Msun. Their trajectories are traced back to the Galactic disc to identify their most recent Galactic plane crossings and the corresponding flight times. All 12 candidates are ejected from the Galactic disc within 2 to 16.5 kpc from the Galactic center and possess flight times that are shorter than their evolutionary ages, compatible with a runaway hypothesis. Three MS candidates have ejection velocities exceeding 450 km/s, thus, appear to challenge the canonical ejection scenarios for late B-type stars. The fastest star of our sample also has a non-negligible Galactic escape probability if its MS nature can be confirmed. We identify 27 BHB candidates, and the two hottest stars in our sample are rare late O and early B type stars of low mass evolving towards the white dwarf cooling sequence.

研究动机与目标

• 测试盖亚DR2在高银纬区域识别高速蓝主序星的能力。
• 利用天体测量与光谱学结合的方法，研究高速早型星的运动学与物理特性。
• 确定观测到的高速抛射速度是否超过经典双星超新星与动力学抛射模型的预测上限。
• 通过光谱测距与视差测距的一致性，区分主序星与演化后的蓝水平分支（BHB）星。

提出的方法

• 利用盖亚DR2数据筛选约2300个候选体，条件为GBP−GRP ≤ 0.05，|b| ≥ 15°，视差精度 <30%，切向速度 ≥150 km s⁻¹。
• 对48颗恒星获取低分辨率光学光谱，以推导有效温度、表面重力、径向速度及星际消光。
• 计算光谱测距，并与视差测距进行比较，以区分主序星与演化后的BHB星。
• 将主序星候选体的银河系轨道向后追溯，以识别其最近一次穿越银道面的时间并估算飞行时间。
• 利用径向速度与自行数据计算抛射速度，并评估其脱离银河系的概率。
• 根据距离一致性对恒星进行分类：12颗主序星候选体，27颗BHB候选体，2颗热演化星，7个未分类天体。

实验结果

研究问题

• RQ1 盖亚DR2天体测量与光度数据能否高效筛选出距离达10 kpc的高银纬蓝主序星高速逃逸候选体？
• RQ2 所识别恒星的抛射速度是否超过经典双星超新星与动力学抛射模型预测的400–500 km s⁻¹上限？
• RQ3 光谱测距与视差测距的一致性能否可靠地区分本样本中主序星与蓝水平分支星？
• RQ4 最快候选体的银河系逃逸概率是多少？其运动学特征是否支持其轨道为束缚或非束缚？
• RQ5 三颗抛射速度超过450 km s⁻¹的恒星对理解恒星抛射机制具有何种重要意义？

主要发现

• 识别出12颗主序星为可能的高速逃逸候选体，质量介于2至6 M⊙之间，抛射速度在200至802+129−115 km s⁻¹之间。
• 三颗恒星——2207−4329、2259−4931与2307−3157——的抛射速度超过450 km s⁻¹，对经典抛射模型构成挑战。
• 最快恒星2207−4329的实测抛射速度为802+129−115 km s⁻¹，若其确为质量主序星，则其银河系逃逸概率不可忽略。
• 所有12颗主序星候选体均从银河系盘面内2至16.5 kpc范围内的位置被抛射，飞行时间短于其演化年龄，支持高速逃逸假说。
• 共27颗恒星被归类为蓝水平分支（BHB）候选体，其运动学特征与晕族恒星一致。
• 需开展高分辨率光谱观测，通过精确测量投影旋转速度与化学成分以确认主序星状态。