[论文解读] The IACOB project: I. Rotational velocities in Northern Galactic O and early B-type stars revisited. The impact of other sources of line-broadening

S. Simón‐Díaz, A. Herrero|arXiv (Cornell University)|Nov 14, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 50被引用 3

一句话总结

本研究通过在IDL中采用一种新颖的FT+拟合优度（GOF）方法，对约200颗北天银河系O型及早型B型恒星的投影旋转速度（v sin i）进行了修正，考虑了宏观湍流和微观湍流引起的谱线加宽。结果发现，先前未考虑宏观湍流的v sin i测量值在120 km s⁻¹以下时，必须系统性地向下修正约25 ± 20 km s⁻¹，这显著改变了大质量恒星中低v sin i分布的形态。

ABSTRACT

Stellar rotation is an important parameter in the evolution of massive stars. Accurate and reliable measurements of projected rotational velocities in large samples of OB stars are crucial to confront the predictions of stellar evolutionary models with observational constraints. We reassess previous determinations of projected rotational velocities (vsini) in Galactic OB stars using a large, high quality spectroscopic dataset, and a strategy which account for other sources of broadening appart from rotation affecting the diagnostic lines We present a versatile and user friendly IDL tool, based on a combined Fourier Transform (FT) + goodness of fit (GOF) methodology, for the line-broadening characterization in OB-type stars. We use this tool to (a) investigate the impact of macroturbulent and microturbulent broadenings on vsini measurements, and (b) determine vsini in a sample of 200 Galactic OB-type stars, also characterizing the amount of macroturbulent broadening (\vmacro) affecting the line profiles. We present observational evidence illustrating the strengths and limitations of the proposed FT+GOF methodology for the case of OB stars. We confirm previous statements (based on indirect arguments or smaller samples) that the macroturbulent broadening is ubiquitous in the massive star domain. We compare the newly derived vsini with previous determinations not accounting for this extra line-broadening contribution, and show that those cases with vsini< 120 km/s need to be systematically revised downwards by ~25 (+/-20) km/s. We suggest that microturbulence may impose an upper limit below which vsini and \vmacro\ could be incorrectly derived by means of the proposed methodology as presently used, and discuss the implications of this statement on the study of relatively narrow line massive stars.

研究动机与目标

• 利用高质量的光谱数据重新评估银河系O型及早型B型恒星的投影旋转速度（v sin i）。
• 量化宏观湍流和微观湍流加宽对v sin i测量的影响。
• 开发并验证一种用于OB型星谱线加宽分析的稳健FT+拟合优度（GOF）方法。
• 研究在忽略微观湍流的情况下，v sin i测量在低速区的可靠性。
• 评估修正后v sin i分布对大质量恒星演化模型的影响。

提出的方法

• 基于结合傅里叶变换（FT）与拟合优度（GOF）的方法，开发了一款用户友好的IDL工具，用于OB型星的谱线加宽分析。
• 该方法采用径向-切向形式的宏观湍流速度（v_m）来建模谱线轮廓，其与观测轮廓的匹配度优于各向同性的高斯分布。
• 通过与FT结果对比验证了GOF方法的有效性，当使用径向-切向宏观湍流轮廓时，两者表现出极佳的一致性。
• 该方法被应用于约200颗银河系OB型星样本，同时测量v sin i与v_m。
• 该方法对噪声的敏感性进行了测试，结果显示在信噪比较低的数据中，GOF方法比FT方法不那么敏感。
• 本研究警告：若不同文献来源采用不同的宏观湍流轮廓形式，则不应将其中的v_m测量值直接合并。

实验结果

研究问题

• RQ1 宏观湍流加宽在多大程度上影响O型及早型B型恒星投影旋转速度（v sin i）测量的准确性？
• RQ2 对宏观湍流轮廓形状（如各向同性与径向-切向）的不同假设，如何影响v sin i与v_m的测定？
• RQ3 在低速区，忽略微观湍流会对v sin i测量产生何种影响？
• RQ4 FT+GOF方法能否可靠地从高分辨率光谱中分离出旋转加宽与微观湍流及宏观湍流的贡献？
• RQ5 修正后的v sin i值如何改变大质量恒星中旋转速度的观测分布，特别是在低v sin i范围？

主要发现

• 宏观湍流加宽在O型恒星及早型B型超巨星和巨星中普遍存在，而不仅限于演化后的B型恒星，这与以往认知不同。
• 对于v sin i ≤ 120 km s⁻¹的恒星，先前的v sin i测量值必须系统性地向下修正约25 ± 20 km s⁻¹，原因在于未考虑宏观湍流的影响。
• 修正后v sin i分布的低速峰现集中在40–60 km s⁻¹之间，部分解决了长期存在的低速旋转恒星群体观测差异。
• 径向-切向宏观湍流轮廓的拟合效果显著优于各向同性高斯轮廓，后者系统性地低估了v sin i。
• 当分析中未包含微观湍流时，其可能对v sin i与v_m测量的可靠性构成上限，尤其在谱线较窄的恒星中更为明显。
• 本研究强调了改进内在谱线轮廓建模的必要性，并呼吁进一步探究微观湍流在低v sin i恒星中的作用。