[论文解读] The VLT-FLAMES Tarantula Survey XXII. Multiplicity properties of the B-type stars

P. R. Dunstall, P. L. Dufton+8 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|May 26, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 35被引用 73

一句话总结

本研究利用VLT-FLAMES Tarantula Survey对30 Doradus区域中408颗B型恒星进行多 epoch 光谱观测，以确定其光谱双星特性。研究发现，观测到的双星分数为25% ± 2%，在修正观测偏差后，真实多重性为58% ± 11%，表明30 Dor的B型恒星具有与O型恒星一致的多重性特征，暗示大质量恒星前体星中普遍存在双星相互作用。

ABSTRACT

We investigate the multiplicity properties of 408 B-type stars observed in the 30 Doradus region of the Large Magellanic Cloud with multi-epoch spectroscopy from the VLT-FLAMES Tarantula Survey (VFTS). We use a cross-correlation method to estimate relative radial velocities from the helium and metal absorption lines for each of our targets. Objects with significant radial-velocity variations (and with an amplitude larger than 16 km/s) are classified as spectroscopic binaries. We find an observed spectroscopic binary fraction (defined by periods of <10^3.5 d and mass ratios >0.1) for the B-type stars, f_B(obs) = 0.25 +/- 0.02, which appears constant across the field of view, except for the two older clusters (Hodge 301 and SL 639). These two clusters have significantly lower fractions of 0.08 +/- 0.08 and 0.10 +/- 0.09, respectively. Using synthetic populations and a model of our observed epochs and their potential biases, we constrain the intrinsic multiplicity properties of the dwarf and giant (i.e. relatively unevolved) B-type stars in 30 Dor. We obtain a present-day binary fraction f_B(true) = 0.58 +/- 0.11, with a flat period distribution. Within the uncertainties, the multiplicity properties of the B-type stars agree with those for the O stars in 30 Dor from the VFTS.

研究动机与目标

• 利用多 epoch 光谱观测，确定30 Doradus区域B型恒星的观测光谱双星分数。
• 通过校正检测径向速度变化的观测偏差，估算未演化B型恒星的真实双星分数。
• 将30 Doradus区域B型恒星的多重性特征与同区域O型恒星进行比较，评估双星在大质量恒星演化中的作用。
• 利用合成星族模型约束30 Doradus区域B型双星的周期分布和质量比分布。
• 评估双星相互作用对大质量恒星演化路径及超新星前体星群的影响。

提出的方法

• 对多 epoch 光谱中的氦和金属吸收线进行互相关，测量每颗B型恒星的相对径向速度。
• 基于径向速度变化超过16 km s⁻¹（与轨道运动一致）识别光谱双星。
• 应用蒙特卡洛合成星族建模方法，模拟检测概率并校正观测偏差。
• 使用全局优度函数联合约束真实双星分数、周期分布（以π参数化）和质量比分布（以κ参数化）。
• 基于模型比较，估计VFTS巡天中B型双星的检测概率为40% ± 10%。
• 通过比较观测与模拟的RV振幅和变异性 timescale 累积分布，验证模型参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于多 epoch VLT-FLAMES数据，30 Doradus区域B型恒星的观测光谱双星分数是多少？
• RQ2 在修正观测偏差后，30 Doradus区域未演化B型恒星的真实双星分数是多少？
• RQ3 30 Doradus区域B型双星的周期分布和质量比分布与同区域O型恒星相比如何？
• RQ4 30 Doradus区域B型恒星的多重性特征在多大程度上与O型恒星一致？这对大质量恒星演化有何启示？
• RQ5 目前被分类为单星的恒星中，有多少比例可能因检测限制而实际上是未解析的双星？

主要发现

• 30 Doradus区域B型恒星的观测光谱双星分数为25% ± 2%，在两个较老的星团Hodge 301和SL 639中显著下降（分别为0.08 ± 0.08和0.10 ± 0.09）。
• 在修正观测偏差后，未演化B型恒星的真实双星分数估计为58% ± 11%，表明双星系统在诞生时极为普遍。
• B型双星的周期分布与平坦分布一致，无明显偏好周期范围的证据。
• 质量比分布约束较差，最佳拟合指数κ ≈ -0.5 dex，但不确定性较大，系统误差可能影响结果。
• VFTS巡天中B型双星的检测概率估计为40% ± 10%，意味着近一半的双星可能仍未被检测到。
• B型恒星的多重性特征与30 Doradus区域O型恒星一致，表明双星相互作用影响了大量大质量恒星前体星。