[论文解读] The galactic unclassified B[e] star HD 50138 III. The short-term line profile variability of its photospheric lines

M. Borges Fernandes, M. Kraus+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 9, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 30被引用 9

一句话总结

本研究利用HERMES仪器获取的高分辨率光谱，分析了未分类B[e]型恒星HD 50138光球线的短时序轮廓变化。研究发现，其变化迅速且非周期性，与恒星黑子或自转不符，表明其起因为脉动；而大尺度湍流与演化状态进一步凸显了该星在B型恒星中复杂的过渡特性。

ABSTRACT

HD 50138 presents the B[e] phenomenon, but its nature is not clear yet. This star is known to present spectral variations, which have been associated with outbursts and shell phases. We analyze the line profile variability of HD 50138 and its possible origin, which provide possible hints to its evolutionary stage, so far said to be close to the end of (or slightly beyond) the main sequence. New high-resolution spectra of HD 50138 obtained with the HERMES spectrograph over several nights (five of them consecutively) were analyzed, allowing us to confirm short-term line profile variability. Our new data show short-term variations in the photospheric lines. On the other hand, purely circumstellar lines (such as [O I] lines) do not show such rapid variability. The rotational velocity of HD 50138, V_rot = 90.3 +- 4.3 km/s, and the rotation period, P = 3.64 +- 1.16 d, were derived from the He II 4026A photospheric line. Based on the moment method, we confirm that the origin of this short-term line profile variability is not stellar spots, and it may be caused by pulsations. In addition, we show that macroturbulence may affect the profiles of photospheric lines, as is seen for B supergiants. The location of HD 50138 at the end of (or slightly beyond) the main sequence, the newly detected presence of line profile variability resembling pulsating stars, and macroturbulence make this star a fascinating object.

研究动机与目标

• 研究未分类B[e]型恒星HD 50138的光球线短时序轮廓变化的成因。
• 确定该变化是由恒星黑子、自转还是内在大气过程驱动。
• 评估大尺度湍流与脉动行为在塑造观测到的光谱变化中的作用。
• 通过分析其运动学与光谱特征，明确HD 50138的演化状态。
• 为理解B[e]型恒星、Be型恒星与后主序演化之间的联系提供观测约束。

提出的方法

• 利用位于Mercator望远镜上的HERMES光谱仪，在八晚内获取了HD 50138的高分辨率光学光谱（R ≈ 85,000），其中连续五晚进行了观测。
• 采用HermesDRS数据处理流程进行自动数据还原，包括质心校正与波长定标。
• 应用矩方法分析线轮廓变化，特别追踪径向速度与线型不对称性随时间的变化。
• 将光球线（如He i λ4026、Si ii）的变异性与弥漫星周线（如[O i]）进行比较，以分离恒星大气效应。
• 通过He i λ4026线轮廓测得旋转速度（v_rot = 90.3 ± 4.3 km s⁻¹）与自转周期（P = 3.64 ± 1.16 d）。
• 通过对比观测轮廓与模型预期，评估大尺度湍流对光球线轮廓的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 HD 50138的光球线中观测到的短时序变化的成因是什么？
• RQ2 观测到的线轮廓变化是否与恒星自转或表面不均匀性（如黑子）有关？
• RQ3 大尺度湍流的存在如何影响对HD 50138光球线轮廓的解释？
• RQ4 该观测到的变化是否可由脉动机制解释，这对恒星的演化状态有何含义？
• RQ5 HD 50138的光谱特征与已知脉动Be型恒星或B型超巨星相比如何？

主要发现

• 确认了HD 50138光球线存在短时序轮廓变化，径向速度在短时间内（如<26小时）从-5 km s⁻¹快速变化至+10 km s⁻¹，且与3.64天的自转周期无关。
• 变化在形成于恒星上层大气或光球附近区域的谱线中最强，而纯粹的星周线（如[O i]）保持稳定。
• 矩方法排除了黑子作为变化来源的可能性，因为黑子引起的改变在氦线与金属线中应表现出不同行为，并与自转相关。
• 测得HD 50138的旋转速度为v_rot = 90.3 ± 4.3 km s⁻¹，自转周期为P = 3.64 ± 1.16 d。
• 光球线中存在大尺度湍流，这是B型超巨星的典型特征，表明其演化状态接近或已超出主序阶段。
• 观测到的变化模式与脉动恒星相似，且该星在赫罗图中的位置与已知具有脉动特性的晚型Be星一致。