[论文解读] Statistical properties of a sample of periodically variable B-type supergiants - Evidence for opacity-driven gravity-mode oscillations

K. Lefever, J. Puls+1 more|ArXiv.org|Nov 15, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 70被引用 80

一句话总结

本研究利用高分辨率光谱和非局部热动平衡（NLTE）大气模型，对依巴谷星表中的28颗B型超巨星进行分析，检验其周期性光变是否由不透明度驱动的重力模振荡引起。研究发现，这些恒星极有可能是受κ机制驱动的非径向脉动星，另有九颗对比星被确认为新的α Cyg型变星，显著扩展了此类脉动星的已知样本，为未来大质量恒星内部结构的星震学探测奠定了基础。

ABSTRACT

We have studied a sample of 28 periodically variable B-type supergiants selected from the HIPPARCOS mission and 12 comparison stars covering the whole B-type spectral range. Our goal is to test if their variability is compatible with opacity-driven non-radial oscillations. We have used the NLTE atmosphere code FASTWIND to derive the atmospheric and wind parameters of the complete sample through line profile fitting. We applied the method to selected H, He and Si line profiles, measured with the high resolution CES spectrograph attached to the ESO CAT telescope in La Silla, Chile. From the location of the stars in the (log Teff, log g) diagram, we suggest that variability of our sample supergiants is indeed due to the gravity modes resulting from the opacity mechanism. We find nine of the comparison stars to be periodically variable as well, and suggest them to be new alpha Cyg variables. We find marginal evidence of a correlation between the amplitude of the photometric variability and the wind density. We investigate the Wind Momentum Luminosity Relation for the whole range of B spectral type supergiants, and find that the later types (> B5) perfectly follow the relation for A supergiants. Additionally, we provide a new spectral type - Teff calibration for B supergiants. Our results imply the possibility to probe internal structure models of massive stars of spectral type B through seismic tuning of gravity modes.

研究动机与目标

• 确定B型超巨星的周期性光变是否由不透明度机制驱动，如SPB和α Cyg型变星所提出的机制。
• 利用高分辨率光谱，为28颗B型超巨星及12颗对比星样本精确测定大气和风参数。
• 检验观测到的恒星参数与重力模脉动理论不稳定带的一致性。
• 研究B型超巨星的风动量-光度关系（WLR），并分析其与理论预测的偏离程度。
• 基于轮廓拟合方法，建立B型超巨星的新有效温度-光谱型校准关系。

提出的方法

• 应用NLTE大气代码FASTWIND，拟合在欧洲南方天文台（ESO）Cassegrain望远镜上获取的高分辨率CES光谱中的H、He和Si谱线轮廓。
• 采用谱线轮廓拟合方法，测定每颗恒星的有效温度（T_eff）、表面重力（log g）及风参数（如质量损失率、终端速度）。
• 在（log T_eff, log g）图中绘制样本恒星的位置，与重力模脉动的理论不稳定带进行比较。
• 对径向速度曲线进行周期图分析，识别多周期光变特征，并排除自转调制的可能性。
• 通过比较B型超巨星序列中观测到的风动量与恒星光度，评估风动量-光度关系（WLR）。
• 基于所得参数，利用轮廓拟合方法建立新的T_eff - 光谱型校准关系，并与文献数据进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 B型超巨星观测到的周期性光变是否与不透明度驱动的非径向重力模振荡一致？
• RQ2 样本恒星的推导大气参数是否使其落入重力模脉动的理论不稳定带内？
• RQ3 B型超巨星的风动量-光度关系（WLR）是否可与理论预测相容？其与A型超巨星相比有何异同？
• RQ4 光变振幅与风密度之间是否存在可测量的相关性，提示脉动可能影响质量损失？
• RQ5 能否基于NLTE中的轮廓拟合，为B型超巨星建立可靠的T_eff - 光谱型校准关系？

主要发现

• 所有28颗具有可靠参数的B型超巨星均位于重力模振荡理论不稳定带的高log g边缘，支持不透明度驱动机制。
• 在12颗此前未被标记为变星的对比星中，有9颗被发现具有周期性光变，表明其为新的α Cyg型变星，具有重力模脉动特征。
• 该B型超巨星样本的风动量-光度关系（WLR）与A型超巨星相当一致，低光度恒星未表现出与理论预测的显著偏离。
• 光变振幅与风密度之间存在微弱相关性，提示脉动可能促进线驱动质量损失，但需进一步研究验证。
• 本研究建立了新的B型超巨星T_eff - 光谱型校准关系，与以往校准结果高度一致，可实现基于光谱型的实用T_eff估算。
• 结果证实，B型超巨星在星震学研究中具有探测内部结构与演化模型的巨大潜力，尤其当结合长期高精度光变与光谱观测时。