[论文解读] Stellar population of the superbubble N206 in the LMC I. Analysis of the Of-type stars

V. Ramachandran, R. Hainich+6 more|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 69被引用 11

一句话总结

本研究利用高分辨率FLAMES和档案紫外光谱，分析了大麦哲伦云内N206超bubble中九颗Of型恒星。通过PoWR模型大气，确定了恒星和星风参数，发现这些恒星的总机械能输出与X射线发射超bubble中储存的总能量相当，凸显了它们在星际介质中反馈驱动结构形成中的主导作用。

ABSTRACT

Massive stars are the key agents of feedback. Consequently, quantitative analysis of massive stars are required to understand how the feedback of these objects shapes/ creates the large scale structures of the ISM. The giant HII region N206 in the Large Magellanic Cloud contains an OB association that powers a X-ray superbubble, serving as an ideal laboratory in this context. We obtained optical spectra with the muti-object spectrograph FLAMES at the ESO-VLT. When possible, the optical spectroscopy was complemented by UV spectra from the HST, IUE, and FUSE archives. Detailed spectral classifications are presented for our sample Of-type stars. For the quantitative spectroscopic analysis we use the Potsdam Wolf-Rayet (PoWR) model atmosphere code. The physical parameters and nitrogen abundances of our sample stars are determined by fitting synthetic spectra to the observations. The stellar and wind parameters of nine Of-type stars are used to construct wind momentum,luminosity relationship. We find that our sample follows a relation close to the theoretical prediction, assuming clumped winds. The most massive star in the N206 association is an Of supergiant which has a very high mass-loss rate. Two objects in our sample reveal composite spectra, showing that the Of primaries have companions of late O subtype. All stars in our sample have an evolutionary age less than 4 million years, with the O2-type star being the youngest. All these stars show a systematic discrepancy between evolutionary and spectroscopic masses. All stars in our sample are nitrogen enriched. Nitrogen enrichment shows a clear correlation with increasing projected rotational velocities. The mechanical energy input from the Of stars alone is comparable to the energy stored in the N206 superbubble as measured from the observed X-ray and H alpha emission.

研究动机与目标

• 量化大质量Of型恒星在N206超bubble中对星际介质演化反馈的贡献。
• 精确测定N206区域中九颗Of型恒星的恒星和星风参数（光度、质量损失率、温度等）。
• 研究氮元素丰度富集作为这些大质量恒星自转混合和演化状态的示踪指标。
• 评估在致密星风模型下，这些恒星的风动量-光度关系（WMLR）的一致性。
• 估算Of型恒星的总电离光子通量和机械能输出，并与观测到的超bubble能量含量进行比较。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台甚大望远镜（VLT）上的FLAMES多目标光谱仪获取了164颗OB型恒星的高分辨率光学光谱，重点关注其中九颗Of型恒星。
• 通过哈勃空间望远镜（HST）、国际紫外线探测器（IUE）和远紫外光谱仪（FUSE）的档案紫外光谱，补充光学数据，以改善光谱覆盖范围并约束星风参数。
• 进行详细的光谱分类，并使用波恩沃尔夫-雷特（PoWR）模型大气代码合成光谱并拟合观测谱线。
• 将合成光谱与观测谱线（如H和He线、N iii、Si iv）进行拟合，以推导有效温度、表面重力、光度、质量损失率和氮元素丰度。
• 应用等离子体演化图拟合，基于所获参数估算恒星的演化年龄，使用赫罗图（HRD）。
• 假设恒星寿命期间能量供应恒定，基于光度和质量损失率计算总机械能输出。

实验结果

研究问题

• RQ1 N206超bubble中九颗Of型恒星的恒星和星风参数（Teff, log g, L*, Mdot）是什么？
• RQ2 这些Of型恒星的机械能和电离光子输出与X射线和Hα发射超bubble的观测能量含量相比如何？
• RQ3 氮元素丰度增强在多大程度上与投影旋转速度和演化阶段相关？
• RQ4 在致密星风模型下，这些恒星的观测风动量-光度关系（WMLR）与理论预测的符合程度如何？
• RQ5 为何该样本中光谱质量与演化质量之间存在系统性差异？

主要发现

• 所有九颗Of型恒星的演化年龄均小于400万年，其中O2型恒星N206-FS 180的年龄小于100万年。
• 当假设星风中存在深度依赖的致密性时，样本的风动量-光度关系（WMLR）与理论预测高度一致。
• 质量最大的恒星N206-FS 187具有极高的质量损失率，很可能是一个碰撞星风双星系统，可能是大麦哲伦云中X射线最明亮的此类系统之一。
• 所有恒星均表现出氮元素富集，氮元素丰度随投影旋转速度升高而明显增加。
• Of型恒星的总电离光子通量估计为3×10⁵⁰ s⁻¹，其总机械光度为1.7×10⁴ L☉。
• 这些Of型恒星在其寿命期间的总机械能输出为(5.8±1.8)×10⁵¹ erg，与N206超bubble的观测热能和动能含量（4.7×10⁵¹ erg）一致。