[论文解读] The VLT-FLAMES Tarantula Survey XIX. B-type Supergiants - Atmospheric parameters and nitrogen abundances to investigate the role of binarity and the width of the main sequence

C. M. McEvoy, P. L. Dufton+20 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Dec 8, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 63被引用 43

一句话总结

本研究利用非局部热动平衡（non-LTE）TLUSTY模型大气，首次系统比较了来自VLT-FLAMES塔兰图拉星云巡天中单星与双星B型超巨星的大气参数及氮元素丰度。研究发现主序星可能延伸至更低温度（~20,000 K），且单星与双星超巨星均表现出相似的氮增强现象，表明单星演化模型结合自转可解释观测结果；尽管丰度分布存在细微差异，可能暗示不同的演化路径。

ABSTRACT

TLUSTY non-LTE model atmosphere calculations have been used to determine atmospheric parameters and nitrogen (N) abundances for 34 single and 18 binary B-type supergiants (BSGs). The effects of flux contribution from an unseen secondary were considered for the binary sample. We present the first systematic study of the incidence of binarity for a sample of BSGs across the theoretical terminal age main sequence (TAMS). To account for the distribution of effective temperatures of the BSGs it may be necessary to extend the TAMS to lower temperatures. This is consistent with the derived distribution of mass discrepancies, projected rotational velocities (vsini) and N abundances, provided that stars cooler than this temperature are post RSG objects. For the BSGs in the Tarantula and previous FLAMES surveys, most have small vsini. About 10% have larger vsini (>100 km/s) but surprisingly these show little or no N enhancement. All the cooler BSGs have low vsini of <70km/s and high N abundance estimates, implying that either bi-stability braking or evolution on a blue loop may be important. A lack of cool binaries, possibly reflects the small sample size. Single star evolutionary models, which include rotation, can account for the N enhancement in both the single and binary samples. The detailed distribution of N abundances in the single and binary samples may be different, possibly reflecting differences in their evolutionary history. The first comparative study of single and binary BSGs has revealed that the main sequence may be significantly wider than previously assumed, extending to Teff=20000K. Some marginal differences in single and binary atmospheric parameters and abundances have been identified, possibly implying non-standard evolution for some of the sample. This sample as a whole has implications for several aspects of our understanding of the evolution of BSGs. Full abstract in paper

研究动机与目标

• 通过比较单星与双星系统的有效温度与氮丰度，探究双星性在B型超巨星演化历史中的作用。
• 评估B型超巨星观测到的有效温度分布与理论终末主序（TAMS）是否一致，或是否需要将主序延伸至更低温度。
• 确定双星相互作用是否显著改变氮表面丰度或自转速度，与孤立超巨星相比。
• 评估包含自转的单星演化模型在解释单星与双星超巨星观测特性的有效性。
• 探讨较冷超巨星中低投影自转速度与高氮丰度对双稳态制动或蓝环演化等演化机制的启示。

提出的方法

• 采用非-LTE TLUSTY模型大气计算，通过硅离子化平衡技术推导有效温度，对更热恒星则使用氦离子化作为补充。
• 通过巴尔末线轮廓估算表面重力，通过硅谱线反演微湍流速度。
• 基于N ii谱线测定氮丰度或上限值，并对双星系统中不可见伴星可能贡献的光谱通量进行修正。
• 通过建模次星的光度污染效应评估双星影响，并利用fastwind代码对部分目标进行重新分析以验证结果。
• 对比34颗单星与18颗双星B型超巨星的大气参数与丰度，以检测系统性差异。
• 将理论TAMS与观测有效温度进行比较，评估是否需要将主序延伸至更低温度。

实验结果

研究问题

• RQ1 双星性是否显著影响塔兰图拉星云中B型超巨星的氮丰度或大气参数？
• RQ2 B型超巨星观测到的有效温度分布是否与理论终末主序一致？若不一致，是否需要将主序延伸至更低温度？
• RQ3 包含自转的单星演化模型能否解释单星与双星超巨星中观测到的氮增强现象？
• RQ4 观测到的投影自转速度双峰分布具有何种意义，特别是vsini ≥ 100 km s⁻¹的恒星为何缺乏氮增强？
• RQ5 具有低vsini与高氮丰度的较冷超巨星是否支持双稳态制动或蓝环演化等演化情景？

主要发现

• B型超巨星的主序可能延伸至更低有效温度，基于观测温度分布与质量偏差，理论TAMS可能位于~20,000 K左右。
• 单星与双星B型超巨星的大气参数或氮丰度之间未发现显著差异，表明在本样本中双星性并未显著改变这些性质。
• 共16颗超巨星的有效温度低于理论预测的TAMS，提示需将理论主序延伸至更冷温度。
• 投影自转速度分布峰值位于~50 km s⁻¹，65%的恒星位于30–60 km s⁻¹范围内；vsini ≥ 100 km s⁻¹的恒星（占样本10%）表现出微弱或无氮增强。
• 所有较冷超巨星（Teff < 20,000 K）均呈现低vsini（< 70 km s⁻¹）与高氮丰度，与双稳态制动或蓝环演化等演化机制一致。
• 包含中等初始自转速度（v₀ ≤ 400 km s⁻¹）的单星演化模型可重现单星与双星样本中所有观测到的氮增强现象；尽管氮丰度分布存在细微差异，可能反映了不同的演化历史。