[论文解读] Spectroscopic and physical parameters of Galactic O-type stars. I. Effects of rotation and spectral resolving power in the spectral classification of dwarfs and giants

N. Markova, J. Puls+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 49被引用 12

一句话总结

本研究利用高分辨率光谱重新评估了银河系O型星的光谱分类，发现旋转速度和光谱分辨率显著影响形态分类与定量分类。研究显示，由于旋转展宽和分辨率效应，高分辨率数据系统性地给出比低分辨率标准晚1.5个子型的光谱类型，因此在沃尔巴恩与康蒂分类体系下，必须保持一致的分辨率和vsini比较才能实现可靠的分类。

ABSTRACT

The modern-era spectral classification of O-stars relies on either the Walborn or the Conti-Mathys scheme. Since both of these approaches have been developed using low-quality photographic data, their application to high-quality digital data might not be straightforward and be hampered by problems and complications that have not yet been appreciated. Using high-resolution spectra obtained with the ESO/MPG 2.2\,m telescope in La Silla and following the premises of the Walborn and Conti classification schemes, we determined the spectral types and luminosity classes of 19 Galactic O-type stars and compared them to those attributed by Walborn and Mathys based on low-quality data. Our analysis reveals that the morphological spectral types assigned using high-resolution data are systematically later (by up to 1.5 subtypes) then those attributed by Walborn. By means of line-profile simulations, we show that part of this discrepancy is more likely caused by the combined effect of stellar rotation and high spectral resolution on the depth of helium lines used as spectral type indicators. In addition, we demonstrate that at least for narrow-lined stars the "rotational effect" does not disappear when the high-resolution spectra are degraded to the resolution of the Walborn standards. We also find evidence of a systematic difference between our high-resolution quantitative spectral types and those assigned by Mathys. Rotation and spectral resolution are important third parameters in the spectral classification of O-type stars. To obtain reliable spectral classes within the Walborn approach, the unknown and the standard spectra must be compared at the same resolution and \vsini. Owing to resolution effects, the Conti approach might also need to be updated.

研究动机与目标

• 评估传统O型星光谱分类（沃尔巴恩与康蒂-马蒂斯体系）应用于高分辨率数字数据时的可靠性。
• 研究恒星自转与光谱分辨率对形态与定量光谱类型分配的影响。
• 确定高分辨率与低分辨率分类之间差异是否源于分辨率、自转或光谱标准本身的内在差异。
• 评估现代定量分类方法相较于传统形态学方法的一致性与鲁棒性。
• 建议更新光谱分类标准，包括建立新的数字星图与一致的比较技术。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台/德国马普天文研究所2.2米望远镜在拉西拉天文台获取了19颗银河系O型星的高分辨率光谱（R ≈ 48,000）。
• 基于沃尔巴恩与康蒂-马蒂斯分类体系，采用形态学与定量方法确定光谱类型与光度级。
• 将光谱降质至R = 4,000以模拟低分辨率标准，并比较不同分辨率下的分类结果。
• 利用线轮廓模拟隔离自转（vsini）与光谱分辨率对He II λ4541及其他诊断线的影响。
• 将高分辨率结果与沃尔巴恩（1972, 1973）和马蒂斯（1988）的历史分类进行比较，使用文献中的v sin i估计值与新测量结果。
• 提出基于高分辨率数据降质至标准分辨率的新型O型星标准数字星图（R ≈ 4,000），以实现分类的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 与低分辨率标准相比，高分辨率光谱与恒星自转如何影响O型主序星与巨星的形态分类？
• RQ2 分辨率与自转在多大程度上改变He II λ4541的等效宽度与深度，该线是关键的光谱类型指示器？
• RQ3 现代定量分类与历史马蒂斯分类之间的差异是源于分辨率效应，还是光谱标准本身的内在差异？
• RQ4 能否将基于高分辨率数据的形态学分类可靠地降质至R = 4,000以匹配沃尔巴恩标准，而不会引入系统性误差？
• RQ5 金属丰度及其他第三参数在多大程度上影响分类？当前分类体系应如何更新以考虑分辨率与自转的影响？

主要发现

• 高分辨率光谱给出的形态学光谱类型系统性地比沃尔巴恩的低分辨率分类晚达1.5个子型，主要由于He II λ4541线深度受自转展宽与高分辨率效应的共同影响。
• 即使将高分辨率光谱降质至R = 4,000，自转效应依然存在，表明仅分辨率不匹配无法消除分类差异。
• 基于高分辨率数据的定量光谱类型系统性地比马蒂斯分配的类型早约半个子型，表明需对康蒂-马蒂斯体系进行更新。
• 将高分辨率数据降质至R = 4,000后得到的形态学分类与定量分类具有良好的内部一致性，支持使用此类降质数据进行标准化分类。
• 线轮廓模拟证实，自转与高光谱分辨率的共同作用显著改变诊断线的外观，导致高分辨率与低分辨率标准之间无法直接比较。
• 本研究呼吁建立基于高分辨率数据降质至R = 4,000的新一代O型星标准数字星图，以确保未来分类的一致性。