[论文解读] The VLT-FLAMES Tarantula Survey II: R139 revealed as a massive binary system

W. D. Taylor, C. J. Evans+23 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Mar 28, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 25被引用 24

一句话总结

VLT-FLAMES Tarantula Survey 将 30 Doradus 中的 R139 确认为一个双谱双星系统，包含两颗演化后的 O 型超巨星，具有 153.9 天的高偏心轨道，质量下限分别为 78±8 M☉ 和 66±7 M☉。该系统是目前已知最重的演化后 O 型超巨星双星系统，为恒星演化和大气模型提供了关键检验。

ABSTRACT

We report the discovery that R139 in 30 Doradus is a massive spectroscopic binary system. Multi-epoch optical spectroscopy of R139 was obtained as part of the VLT-FLAMES Tarantula Survey, revealing a double-lined system. The two components are of similar spectral types; the primary exhibits strong C III 4650 emission and is classified as an O6.5 Iafc supergiant, while the secondary is an O6 Iaf supergiant. The radial-velocity variations indicate a highly eccentric orbit with a period of 153.9 days. Photometry obtained with the Faulkes Telescope South shows no evidence for significant variability within an 18 month period. The orbital solution yields lower mass limits for the components of M1sin^3 i = 78 \pm 8 Msun and M2sin^3 i = 66 \pm 7 Msun. As R139 appears to be the most massive binary system known to contain two evolved Of supergiants, it will provide an excellent test for atmospheric and evolutionary models.

研究动机与目标

• 确定 R139（位于 30 Doradus 区域的一颗明亮大质量恒星）的双星性质及其轨道参数。
• 利用径向速度变化和光度数据评估两颗恒星的演化状态和质量估计。
• 由于其高质量和演化状态，评估该系统作为恒星大气和演化模型基准的重要性。
• 通过高时间分辨率、多历元光谱学，解决此前关于 R139 是单星还是双星的矛盾分类。
• 通过将观测特性与演化轨迹和光度拟合的理论预测进行比较，检验大质量恒星演化理论模型。

提出的方法

• 使用甚大望远镜上的 FLAMES/Giraffe 仪器获取多历元光学光谱，并通过 MagE、X-Shooter 和 FEROS 进行后续观测，以覆盖整个可见光谱。
• 从吸收线和发射线（特别是 C III λ4650）中测量径向速度变化，以探测轨道运动并推导轨道元素。
• 采用开普勒模型计算轨道解，得出周期为 153.9 天，偏心率与高度偏心轨道一致。
• 根据径向速度振幅推导质量函数，得到 M₁sin³i = 78±8 M☉ 和 M₂sin³i = 66±7 M☉ 的质量下限。
• 使用卡方最小化方法将光度和有效温度拟合至演化轨迹（Brott et al. 2011；Friedrich et al. in prep.），以估计当前质量和初始质量。
• 假设初始赤道速度为 110 km s⁻¹ 建模自转效应，该值与观测到的 vsini 值一致，并评估其对演化轨迹的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 R139 是否为光谱双星？其成分的轨道参数是什么？
• RQ2 R139 中两颗恒星的质量估计值是多少？与演化模型预测相比如何？
• RQ3 R139 成分的观测光度和有效温度与理论演化轨迹相比如何？
• RQ4 两颗恒星之间观测到的温度差异在多大程度上与基于光谱型的预期相矛盾？
• RQ5 R139 作为大质量恒星演化和大气模型测试案例具有何种重要意义？

主要发现

• R139 被确认为一个双谱光谱双星，具有 153.9 天的高偏心轨道，径向速度变化超过 100 km s⁻¹。
• 轨道解给出主星质量下限为 78±8 M☉，次星为 66±7 M☉，表明该系统具有极端质量特征。
• 系统的总光度与初始质量超过 125 M☉ 的单星相当，表明两颗恒星均已高度演化。
• 使用卡方拟合的演化建模得出，较冷主星的当前质量为 75±14 M☉，较热次星为 62±11 M☉，与轨道质量下限一致。
• 通过 CMFGEN 建模得出的有效温度为 34±2 kK，系统年龄估计为 2–2.5 Myr，两颗恒星均已显著离开零龄主序。
• 两颗恒星之间观测到的温度差异超过基于其相似光谱型（O6.5 Iaf 和 O6 Iaf）的预测，表明当前大质量恒星物理模型可能存在局限性。