[论文解读] The VLT-FLAMES Tarantula Survey X: Evidence for a bimodal distribution of rotational velocities for the single early B-type stars

P. L. Dufton, N. Langer+13 more|arXiv (Cornell University)|Dec 11, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 59被引用 65

一句话总结

本研究利用甚大望远镜-FLAMES巡天的高分辨率光谱，分析了Tarantula星云中334颗单颗早型B型恒星的投影旋转速度（$v_{\rm{e}}\sin i$）。结果揭示出双峰分布，其中慢速旋转星成分（$v_{\rm{e}} \leq 100$ km s$^{-1}$）占样本的25%，快速旋转星成分在$\sim$250 km s$^{-1}$处达到峰值，表明存在如磁制动或风驱动过程等不同的自转减速机制。

ABSTRACT

Aims: Projected rotational velocities (\vsini) have been estimated for 334 targets in the VLT-FLAMES Tarantula survey that do not manifest significant radial velocity variations and are not supergiants. They have spectral types from approximately O9.5 to B3. The estimates have been analysed to infer the underlying rotational velocity distribution, which is critical for understanding the evolution of massive stars. Methods: Projected rotational velocities were deduced from the Fourier transforms of spectral lines, with upper limits also being obtained from profile fitting. For the narrower lined stars, metal and non-diffuse helium lines were adopted, and for the broader lined stars, both non-diffuse and diffuse helium lines; the estimates obtained using the different sets of lines are in good agreement. The uncertainty in the mean estimates is typically 4% for most targets. The iterative deconvolution procedure of Lucy has been used to deduce the probability density distribution of the rotational velocities. Results: Projected rotational velocities range up to approximately 450 \kms and show a bi-modal structure. This is also present in the inferred rotational velocity distribution with 25% of the sample having $0\leq$\ve$\leq$100\,\kms and the high velocity component having \ve$\sim 250$\,\kms. There is no evidence from the spatial and radial velocity distributions of the two components that they represent either field and cluster populations or different episodes of star formation. Be-type stars have also been identified. Conclusions: The bi-modal rotational velocity distribution in our sample resembles that found for late-B and early-A type stars. While magnetic braking appears to be a possible mechanism for producing the low-velocity component, we can not rule out alternative explanations.

研究动机与目标

• 确定30 Doradus区域单颗早型B型恒星的固有旋转速度分布，以理解大质量恒星的演化过程。
• 调查观测到的旋转速度分布是否反映了演化过程、双星系统或磁场的影响。
• 通过去卷积处理观测到的$v_{\rm{e}}\sin i$分布，推断真实的潜在旋转速度分布。
• 评估双峰结构是否由磁制动或风驱动自转减速等物理机制导致。
• 将结果与以往巡天及大质量恒星演化理论模型进行比较。

提出的方法

• 利用谱线的傅里叶变换测量投影旋转速度，上界值通过轮廓拟合获得。
• 对窄线型和宽线型恒星分别使用非弥散和弥散氦线，以确保不同谱线类型间的一致性。
• 应用Lucy迭代去卷积算法，将观测到的$v_{\rm{e}}\sin i$分布转换为固有旋转速度分布。
• 基于径向速度无变异性及无超巨星特征的标准，筛选出单颗主序星。
• 分析聚焦于大麦哲伦云中光谱类型约为O9.5至B3、质量在6至16 $M_\odot$ 之间的早型B型恒星。
• 对$v_{\rm{e}}\sin i$估计值的不确定性通常为~4%，确保了速度测量的高精度。

实验结果

研究问题

• RQ1 Tarantula星云中单颗早型B型恒星的投影旋转速度分布是否表现出双峰结构？
• RQ2 哪些物理机制（如磁制动、风驱动自转减速或双星相互作用）可解释观测到的双峰分布？
• RQ3 双峰分布是否与星团或场星族的空间或运动学特征相关，或与不同阶段的恒星形成有关？
• RQ4 固有旋转速度分布与以往巡天及大质量恒星演化理论模型相比如何？
• RQ5 这些恒星中磁场的存在是否与低速成分相关？此类磁场的起源是什么？

主要发现

• 观测到的$v_{\rm{e}}\sin i$分布范围达约~450 km s$^{-1}$，并表现出明显的双峰结构。
• 低速成分包含样本中约25%的恒星，其$v_{\rm{e}} \leq$ 100 km s$^{-1}$。
• 高速成分在$v_{\rm{e}} \sim$ 250 km s$^{-1}$处达到峰值，大多数恒星位于200–350 km s$^{-1}$范围内。
• 双峰分布与空间位置或径向速度无关，排除了简单场星与星团或顺序恒星形成情景的可能性。
• 该分布与涉及磁制动的理论模型一致，但通过恒星风实现双稳态制动的替代机制仍具合理性。
• 磁场可能解释慢速旋转星，但这些磁场的起源——化石场、发电机机制产生或双星诱导——仍不确定。