[论文解读] STIS UV spectroscopy of early B supergiants in M31

Fabio Bresolin, Rolf‐Peter Kudritzki+5 more|Jul 16, 2002

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 13

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜的STIS紫外光谱，对仙女座星系（M31）中六颗早型B型超巨星进行了研究，以探究其恒星风特性及在近太阳金属丰度下的风动量-光度关系（WLR）。通过高分辨率P-Cygni轮廓拟合N v、Si iv和C iv共振线，作者测得终端速度和离子柱密度，结果表明M31超巨星的风特性与银河系对应体一致，尽管早期低分辨率研究曾提出风可能减弱，但本研究未发现显著风减弱迹象。

ABSTRACT

We analyze STIS spectra in the 1150-1700 Angstrom wavelength range obtained for six early B supergiants in the neighboring galaxy M31. Because of their likely high (nearly solar) abundance, these stars were originally chosen to be directly comparable to their Galactic counterparts, and represent a much-needed addition to our current sample of B-type supergiants, in our efforts to study the dependence of the Wind Momentum-Luminosity Relationship on spectral type and metallicity. As a first step to determine wind momenta we fit the P-Cygni profiles of the resonance lines of N V, Si IV and C IV with standard methods, and derive terminal velocities for all of the STIS targets. From these lines we also derive ionic stellar wind column densities. Our results are compared with those obtained previously in Galactic supergiants, and confirm earlier claims of `normal' wind line intensities and terminal velocities in M31. For half of the sample we find evidence for an enhanced maximum turbulent velocity when compared to Galactic counterparts.

研究动机与目标

• 利用高分辨率STIS紫外光谱测量M31中早型B型超巨星的风特性，以改进风动量-光度关系（WLR）的校准。
• 将M31超巨星的终端速度和离子柱密度与银河系中的对应体进行比较，以评估金属丰度的影响。
• 解决先前低分辨率IUE和FOS数据得出的矛盾结果——即M31中风可能较弱的推测。
• 提供一组关键数据，包含准确距离和近太阳金属丰度的早型B型超巨星，用于WLR校准。
• 为结合紫外与高分辨率光学光谱推导风动量奠定基础。

提出的方法

• 利用哈勃空间望远镜对M31中六颗早型B型超巨星获取了高分辨率STIS紫外光谱（1150–1700 Å）。
• 采用标准风模型技术对共振线（N v、Si iv、C iv）的P-Cygni轮廓进行拟合，以推导终端速度和离子柱密度。
• 将观测到的谱线轮廓与银河系OBA型超巨星（如HD 149038、HD 148688）的谱线进行比较，以评估风强度和金属线含量。
• 使用档案的IUE和HST/FOS数据进行交叉校准并提供背景信息，尤其用于谱形和线深的对比。
• 应用差异丰度分析和光致电离模型（McGaugh 1991；Kobulnicky et al. 1999），基于H II区数据推断氧丰度。
• 汇编先前研究（Haser 1995；Howarth et al. 1997）中的终端速度数据，与M31结果进行统计比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 正如早期低分辨率IUE数据所暗示的那样，M31中早型B型超巨星的恒星风是否显著弱于银河系中的对应体？
• RQ2 M31中B型超巨星的共振线终端速度和轮廓形状是否与具有相似光谱型和近太阳金属丰度的银河系对应体一致？
• RQ3 与银河系超巨星相比，M31中B型超巨星的风湍流程度如何？是否存在湍流增强的迹象？
• RQ4 从M31中UV共振线推导出的离子柱密度与银河系中的结果相比如何？这对风质量损失率有何含义？
• RQ5 M31超巨星的风特性在近太阳金属丰度下在多大程度上支持风动量-光度关系（WLR）？

主要发现

• 所有六颗M31早型B型超巨星的终端速度均与光谱型相似的银河系B型超巨星一致，未观察到显著偏差。
• M31恒星中N v、Si iv和C iv线的P-Cygni轮廓在形状、深度和终端速度方面与银河系O9.7 Iab型恒星HD 149038的轮廓高度一致。
• 在样本的一半恒星中，发现了最大湍流速度高于银河系对应体的证据，提示风结构或微湍流可能存在差异。
• 从UV共振线推导出的离子柱密度与正常风线强度一致，支持M31中无风减弱现象。
• M31超巨星中的氧丰度与近太阳值一致，其中一颗恒星（OB 8-17）的氧丰度略低（8.4 dex），但经差异分析后仍在银河系的散布范围内。
• 整体光谱外观，包括金属线吸收，与银河系恒星一致，表明风驱动元素的金属丰度无显著差异。