[论文解读] The Quintuplet Cluster II. Analysis of the WN stars

A. Liermann, W.‐R. Hamann+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 26, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 45被引用 26

一句话总结

本研究利用K波段积分场光谱和波恩-沃尔夫-雷特（PoWR）模型，对银河系中心星团（Quintuplet cluster）中的四颗WN9h型恒星及一颗候选体（LHO 110）进行了分析，以推导其恒星参数。这些恒星具有极高的光度（log(L/L☉) > 6.0），有效温度为25–35 kK，氢质量分数显著（最高达45%），初始质量超过60 M☉；它们可能仍处于核心氢燃烧阶段，年龄为2.4–3.6百万年，平均消光为A_K = 3.1 ± 0.5 mag。

ABSTRACT

Based on $K$-band integral-field spectroscopy, we analyze four Wolf-Rayet stars of the nitrogen sequence (WN) found in the inner part of the Quintuplet cluster. All WN stars (WR102d, WR102i, WR102hb, and WR102ea) are of spectral subtype WN9h. One further star, LHO110, is included in the analysis which has been classified as Of/WN? previously but turns out to be most likely a WN9h star as well. The Potsdam Wolf-Rayet (PoWR) models for expanding atmospheres are used to derive the fundamental stellar and wind parameters. The stars turn out to be very luminous, $\log{(L/L_\odot)} > 6.0$, with relatively low stellar temperatures, $T_* \approx$ 25--35\,kK. Their stellar winds contain a significant fraction of hydrogen, up to $X_\mathrm{H} \sim 0.45$ (by mass). We discuss the position of the Galactic center WN stars in the Hertzsprung-Russell diagram and find that they form a distinct group. In this respect, the Quintuplet WN stars are similar to late-type WN stars found in the Arches cluster and elsewhere in the Galaxy. Comparison with stellar evolutionary models reveals that the Quintuplet WN stars should have been initially more massive than 60\,$M_\odot$. They are about 2.1 to 3.6\,Million years old, and might still be central hydrogen burning objects. The analysis of the spectral energy distributions of the program stars results in a mean extinction of $A_K = 3.1 \pm 0.5$\,mag ($A_V = 27 \pm 4$\,mag) towards the Quintuplet cluster.

研究动机与目标

• 利用高分辨率K波段光谱，测定银河系中心星团中WN恒星的基本恒星与星风参数。
• 通过与理论模型比较，评估这些大质量恒星的演化状态与初始质量。
• 通过光谱能量分布分析，测量银河系中心星团方向的星际消光。
• 探究银河系中心的WN恒星是否在赫罗图中构成一个独特的演化序列。
• 评估自转与质量损失在银河系中最重恒星演化过程中的作用。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台甚大望远镜（ESO VLT）上的SINFONI仪器，对银河系中心星团内区获取了K波段积分场光谱。
• 采用专为膨胀大气设计的波恩-沃尔夫-雷特（PoWR）模型进行光谱拟合，以推导恒星参数。
• 通过光谱拟合结果，推导出恒星的光度、有效温度、质量损失率及氢质量分数。
• 通过分析目标恒星的光谱能量分布，估算星际消光。
• 利用Meynet & Maeder（2003）和Langer et al.（1994）的演化轨迹，推断初始质量与年龄。
• 交叉比对射电与X射线数据，以评估是否存在双星系统或碰撞星风现象。

实验结果

研究问题

• RQ1 银河系中心星团中WN恒星的基本恒星与星风参数是什么？
• RQ2 银河系中心星团中的WN恒星是否在赫罗图中构成一个独特的演化序列？
• RQ3 这些大质量恒星的初始质量与当前演化阶段是什么？
• RQ4 银河系中心星团的星际消光与银河系其他区域相比如何？
• RQ5 观测到的射电辐射是否支持自由-自由辐射模型，或表明存在双星系统？

主要发现

• 四颗WN恒星（WR 102d、WR 102i、WR 102hb、WR 102ea）均被分类为WN9h型，有效温度为25–35 kK，光度log(L/L☉) > 6.0。
• 这些恒星的氢质量分数最高达45%，表明其为富含氢的恒星，可能仍处于核心氢燃烧阶段。
• 恒星的初始质量估计超过60 M☉，其中两颗（WR 102hb与WR 102ea）可能超过150 M☉。
• 恒星年龄估计为2.4–3.6百万年，与持续的核心氢燃烧状态一致。
• 银河系中心星团的平均消光为A_K = 3.1 ± 0.5 mag（A_V = 27 ± 4 mag）。
• WR 102d与WR 102ea的射电辐射与星风产生的自由-自由辐射模型一致，而LHO 110表现出过量辐射，可能暗示存在碰撞星风双星系统。