[论文解读] The massive eclipsing LMC Wolf-Rayet binary BAT99-129. 1 Orbital parameters, hydrogen content and spectroscopic characteristics

C. Foellmi, A. F. J. Moffat+1 more|CERN Bulletin|Oct 18, 2005

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 6

一句话总结

本研究对大麦哲伦云中的大质量食双星BAT99-129进行了高分辨率、相位分辨的光谱观测，实现了可靠的轨道解算与光谱分解。研究确认伴星为O5V型，WN3ha型沃尔夫-拉叶星，并在其光谱中明确检测到氢的吸收线——表明存在星风驱动的吸收，挑战了关于大质量恒星中氢耗竭的传统假设，对伽马射线暴（GRB）前身体模型及双星演化理论具有重要意义。

ABSTRACT

BAT99-129 in the LMC is one among a handful of extra-galactic eclipsing Wolf-Rayet binaries known. We present blue, medium-resolution, phase-dependent NTT-EMMI spectra of this system that allow us to separate the spectra of the two components of the binary and to obtain a reliable orbital solution for both stars. We assign an O5V spectral type to the companion, and WN3(h)a to the Wolf-Rayet component. We discuss the spectroscopic characteristics of the system: luminosity ratio, radii, rotation velocities. We find a possible oversynchronous rotation velocity for the O star. Surprisingly, the extracted Wolf-Rayet spectrum clearly shows the presence of blueshifted absorption lines, similar to what has been found in all single hot WN stars in the SMC and some in the LMC. We also discuss the presence of such intrinsic lines in the context of hydrogen in SMC and LMC Wolf-Rayet stars, WR+O binary evolution and GRB progenitors. Altogether, BAT99~129 is the extragalactic counterpart of the well-known Galactic WR binary V444 Cygni.

研究动机与目标

• 确定大麦哲伦云中大质量食双星BAT99-129的轨道参数及两颗恒星的光谱类型。
• 研究沃尔夫-拉叶星光谱中氢的存在及其起源，特别是蓝移吸收线的成因。
• 评估富含氢的沃尔夫-拉叶星对双星演化及长软伽马射线暴（GRB）前身体模型的影响。
• 将BAT99-129与银河系中的沃尔夫-拉叶双星V444 Cygni及其他已知具有氢吸收的沃尔夫-拉叶系统进行比较。
• 评估星风-星风相互作用与质量损失在塑造大质量双星光谱特征中的作用。

提出的方法

• 获取了33组中等分辨率的NTT-EMMI光谱（2004年21组，2005年12组），波段覆盖3920–4380 Å，分辨率R ≈ 3500，实现信噪比高、相位依赖的分析。
• 采用迭代光谱分解技术，基于径向速度变化，分离O5V与WN3ha成分的贡献。
• 应用径向速度拟合算法，从光谱线的相位依赖性位移中推导出可靠的轨道解。
• 分析沃尔夫-拉叶星成分的光谱，检测H I与He II的蓝移吸收线，并与大麦哲伦云和小麦哲伦云中单个WNE星的已知特征进行比较。
• 通过线轮廓拟合与轨道解，估算光度比、半径、质量损失率及自转速度。
• 通过与大质量双星演化理论模型对比，评估该系统作为伽马射线暴前身体的潜力。

实验结果

研究问题

• RQ1 BAT99-129双星系统的两颗恒星的轨道参数与光谱类型是什么？
• RQ2 沃尔夫-拉叶星光谱中蓝移吸收线的成因是什么——是星风吸收还是伴星贡献？
• RQ3 沃尔夫-拉叶星大气中氢的存在如何挑战当前沃尔夫-拉叶星演化与氢耗竭模型？
• RQ4 BAT99-129在光谱与动力学特性方面，与银河系中的沃尔夫-拉叶双星V444 Cygni在多大程度上相似？
• RQ5 氢吸收对长软伽马射线暴前身体模型有何影响？

主要发现

• 轨道解算证实该系统为短周期双星，具有可靠的径向速度曲线，可有效分离两颗恒星成分。
• 伴星分类为O5V型，沃尔夫-拉叶星成分分类为WN3ha型，表明其为一颗非常大质量、富含氢的沃尔夫-拉叶星。
• O5V星表现出可能的超同步自转，其自转速度超过轨道速度。
• 沃尔夫-拉叶星光谱中清晰显示出H I与He II的蓝移吸收线，表明其星风区域存在氢。
• 氢吸收极有可能源于致密且高速运动的星风组分，而非来自伴星，与小麦哲伦云和大麦哲伦云中单个WNE星的观测结果一致。
• 该系统是银河系V444 Cygni的类比系外天体，对理解伽马射线暴前身体及大质量双星中的星风-星风相互作用具有重要意义。