[论文解读] The VLT-FLAMES Tarantula Survey XII. Rotational velocities of the single O-type stars

O. H. Ramírez-Agudelo, S. Simón‐Díaz+16 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Sep 11, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 69被引用 113

一句话总结

本研究利用甚大望远镜-FLAMES塔拉ntula巡天获得的高分辨率光谱，分析了30 Doradus区域中216颗 presumably single（假设为单星）O型星的投影旋转速度（vₑsin i）。结果揭示出一个双峰分布，低速峰位于约80 km s⁻¹，高速尾部延伸至约600 km s⁻¹，表明样本中20%为快速旋转星，暗示双星相互作用可能主导了高速星的形成，对长持续时间伽马射线暴（LGRB）起源的单星模型构成挑战。

ABSTRACT

Aims. Using ground based multi-object optical spectroscopy obtained in the framework of the VLT-FLAMES Tarantula Survey (VFTS), we aim to establish the (projected) rotational velocity distribution for a sample of 216 presumably single O-type stars in 30 Doradus (30 Dor). Methods. We measured projected rotational velocities, \vrot, by means of a Fourier transform method and a profile fitting method applied on a set of isolated spectral lines. We also used an iterative deconvolution procedure to infer the probability density, $ m{P(\veq)}$, of the equatorial rotational velocity, \veq. Results. The distribution of \vrot\ shows a two-component structure: a peak around 80 \kms\ and a high-velocity tail extending up to $\sim$600 \kms. This structure is also present in the inferred distribution $ m{P(\veq)}$ with around 80% of the sample having 0 $

研究动机与目标

• 确定30 Doradus区域中一大群、同质的假设单星O型星的投影旋转速度（vₑsin i）分布。
• 研究不同光谱型、光度类及视场内空间位置子群体之间的旋转速度变化。
• 通过迭代去卷积方法推断固有赤道旋转速度分布P(vₑ)，以评估恒星风和角动量损失在减速机制中的作用。
• 评估观测到的旋转速度分布对长持续时间伽马射线暴（LGRB）前身星演化起源的影响。
• 评估高速尾部是否与单星演化一致，或主要源于双星相互作用后的产物。

提出的方法

• 使用傅里叶变换法和轮廓拟合法，从高分辨率光学光谱的孤立谱线中测量vₑsin i。
• 应用迭代去卷积程序，从观测到的vₑsin i分布重建固有概率密度函数P(vₑ)的分布。
• 使用216颗O型星样本，这些恒星基于径向速度稳定性及无光谱双星特征被选为单星。
• 分析旋转速度分布随光谱亚型、光度类及30 Doradus视场内空间位置的变化。
• 将推断出的P(vₑ)分布与单星演化和双星相互作用模型的理论预期进行比较。
• 评估高速尾部对LGRB前身星情景的影响，特别是金属丰度和双星演化的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 假设单星O型星在30 Doradus中的固有赤道旋转速度分布P(vₑ)是什么？其是否表现出双峰结构？
• RQ2 单星O型星的恒星风和质量损失在多大程度上能解释从初始临界旋转速率到观测旋转速率的减速？
• RQ3 vₑsin i中的高速尾部（最高达~600 km s⁻¹）是否与单星演化一致，还是主要源于双星相互作用后的产物？
• RQ4 30 Doradus中O型星有多少比例的vₑ > 300 km s⁻¹？该比例在不同光谱亚型和空间位置间如何变化？
• RQ5 快速旋转星的存在是否挑战了长持续时间伽马射线暴前身星需要低金属环境的假设？

主要发现

• vₑsin i分布表现出双峰结构，具有一个显著的约80 km s⁻¹的低速峰，以及延伸至约600 km s⁻¹的高速尾部。
• 约80%的样本具有赤道旋转速度（vₑ）≤ 300 km s⁻¹，其余20%为vₑ > 300 km s⁻¹的快速旋转星。
• 推断出的P(vₑ)分布证实了双峰特性：低速峰与以往LMC巡天结果一致，而高速尾部表明存在大量快速旋转恒星。
• 观测到的旋转速度分布表明，仅靠恒星风不足以在演化最初数百万年内将O型星从接近临界旋转速率减速至观测到的旋转速率。
• 高速尾部很可能主要由双星相互作用后的产物构成，如合并双星或质量转移产物，这基于样本中缺乏径向速度变化的观测事实。
• 若高速尾部完全由双星相互作用产物构成，则长持续时间伽马射线暴前身星的单星演化通道将显著减少甚至被排除，除非双星形成本身与金属丰度相关。