[论文解读] Stellar variability in open clusters. II. Discovery of a new period-luminosity relation in a class of fast-rotating pulsating stars in NGC 3766

N. Mowlavï, S. Saesen+6 more|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 23被引用 8

一句话总结

本研究通过智利帕拉纳天文台VLT/UT2望远镜上的多 epoch VLT/FLAMES光谱观测，在年轻疏散星团NGC 3766中发现了一类快速旋转脉动星（FaRPB）的新周期-光度（PL）关系。该PL关系与经典造父变星关系不同，源于快速旋转恒星中的g模脉动，若在其他星团中得到证实，可能成为估算恒星年龄或距离的新型星震学工具。

ABSTRACT

$Context.$ Pulsating stars are windows to the physics of stars enabling us to see glimpses of their interior. Not all stars pulsate, however. On the main sequence, pulsating stars form an almost continuous sequence in brightness, except for a magnitude range between $δ$ Scuti and slowly pulsating B stars. Against all expectations, 36 periodic variables were discovered in 2013 in this luminosity range in the open cluster NGC 3766, the origins of which was a mystery. $Aims.$ We investigate the properties of those new variability class candidates in relation to their stellar rotation rates and stellar multiplicity. $Methods.$ We took multi-epoch spectra over three consecutive nights using ESO's Very Large Telescope. $Results.$ We find that the majority of the new variability class candidates are fast-rotating pulsators that obey a new period-luminosity relation. We argue that the new relation discovered here has a different physical origin to the period-luminosity relations observed for Cepheids. $Conclusions.$ We anticipate that our discovery will boost the relatively new field of stellar pulsation in fast-rotating stars, will open new doors for asteroseismology, and will potentially offer a new tool to estimate stellar ages or cosmic distances.

研究动机与目标

• 调查在δ Scuti星与SPB星不稳定带之间发现的神秘周期性变星的物理起源。
• 确定这些变星是否为快速旋转脉动星，并评估旋转在其脉动行为中的作用。
• 检验这些恒星中是否存在新的周期-光度（PL）关系，并探讨其天体物理意义。
• 检查这些恒星的脉动频率与旋转速率之间的关联，特别是通过共转参考系中的模态。
• 评估该新PL关系作为估算年轻星团中恒星年龄或距离的工具的潜力。

提出的方法

• 利用智利帕拉纳天文台VLT/UT2望远镜上的FLAMES仪器获取了多 epoch 光谱观测。
• 通过高分辨率光谱测量投影旋转速度，将恒星分类为快速旋转星或慢速旋转星。
• 从时间序列光 light 曲线中提取光度周期，识别脉动频率并将它们分组为序列。
• 通过径向速度变化和轮廓分析进行光谱双星识别。
• 通过快速旋转恒星脉动的理论建模，解释观测到的频率模式及其与旋转的关系。
• 为快速旋转脉动星（FaRPB星）构建周期-光度关系，光度由星团距离和视星等推导得出。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 3766中新发现的周期性变星是否表现出与快速旋转和脉动一致的特征？
• RQ2 这些变星中的快速旋转子群中是否存在周期-光度关系？若存在，其物理起源是什么？
• RQ3 观测到的光度周期序列能否通过共转参考系中锁定于旋转频率的脉动模态来解释？
• RQ4 该新PL关系与造父变星或其他脉动星中的经典PL关系有何不同？
• RQ5 该新关系能否被校准为估算年轻疏散星团中恒星年龄或距离的工具？

主要发现

• 在NGC 3766的快速旋转脉动星（FaRPB星）中发现了一条新的周期-光度（PL）关系，该关系与经典造父变星PL关系明显不同。
• 新变星候选者中的大多数为快速旋转恒星，其投影旋转速度超过100 km/s，表明存在显著的旋转。
• 观测到的光度周期与共转参考系中g模脉动一致，频率锁定为旋转频率的整数倍。
• 识别出两个不同的脉动频率序列，分别对应于(ℓ,m) = (1,−1)和(2,−2)模态，表明为前向传播的扇形模态。
• 最暗的FaRPB星（编号167）因光谱中存在发射线而被确认为Be星，表明FaRPB星与Be星之间可能存在联系。
• 该新PL关系可能具有年龄依赖性，若在其他年轻星团中得到验证，或可用于估算恒星年龄或距离。