[论文解读] Variability of Hypervelocity Stars

Idan Ginsburg, Warren R. Brown+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 7, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用 3

一句话总结

本研究对11颗超高速星（HVSs）进行了时间序列测光观测，识别出其中4颗可能为缓慢脉动B型星（SPBs），其周期为0.2–2天，振幅为0.5–3%，表明其具有内在的脉动变异性。结果支持这些HVSs为银河系中心黑洞弹射出的主序B型星的假说，对理解其起源及银河晕结构具有重要意义。

ABSTRACT

We present time-series photometry of 11 hypervelocity stars (HVSs) to constrain their nature. Known HVSs are mostly late-B spectral type objects that may be either main-sequence (MS) or evolved blue horizontal branch (BHB) stars. Fortunately, MS stars at these effective temperatures, $T_{eff} \sim$ 12,000 K, are good candidates for being a class of variable stars known as slowly pulsating B stars (SPBs). We obtained photometry on four nights at the WIYN 3.5 m telescope, and on six nights on the 2.4 m Hiltner telescope. Using sinusoidal fits, we constrain four of our targets to have periods between $P \sim 0.2 - 2$ days, with a mean value of 0.6 days. Our amplitudes vary between $A = 0.5 - 3$%. This suggests that these four HVSs are SPBs. We discuss a possible origin for these stars, and why further observations are necessary.

研究动机与目标

• 确定超高速星（HVSs）的本征性质，特别是其是否为主序星（MS）或蓝水平分支星（BHB）。
• 检验晚B型HVSs可能为缓慢脉动B型星（SPBs）的假说，SPBs因g模脉动而表现出周期性测光变异性。
• 通过区分主序星与演化后的BHB星（二者亮度相差约4倍）来约束HVSs的距离与年龄。
• 通过在HVS样本中识别SPB特征，评估Hills机制（即双星系统被中心黑洞破坏后，其中一颗恒星被弹射为HVS）的可行性。
• 通过识别具有高变异性显著性的候选体以及需进一步深度后续观测的天体，为未来观测提供指导。

提出的方法

• 在WIYN 3.5米望远镜上进行了四晚的时间序列测光观测，在Hiltner 2.4米望远镜上额外进行了六晚的观测。
• 对光变曲线应用正弦拟合以识别周期性变异性，并对每个目标约束其周期与振幅。
• 使用F检验评估变异性统计显著性，以确定检测信号的置信水平。
• 假设有效温度T_eff ≈ 12,000 K，使目标处于SPB理论不稳定带内。
• 将变异性特征（周期0.2–2天，振幅0.5–3%）与已知SPB特性进行比较，以对候选体进行分类。
• 利用不稳定域图（log T_eff vs. log P）对结果进行上下文分析，图中包含β Cephei、δ Sct、γ Dor及SPB变星的区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 超高速星（HVSs）是否可能为缓慢脉动B型星（SPBs），如其表现出周期性测光变异性所示？
• RQ2 在HVSs中，时间序列测光能否在有效温度T_eff相近的情况下区分主序B型星与演化后的蓝水平分支（BHB）星？
• RQ3 HVS1、HVS5、HVS7与HVS13的检测变异性具有何种显著性？其与已知SPB特性的对比如何？
• RQ4 HVSs中观测到的变异性周期与振幅是否支持Hills机制为其起源？
• RQ5 可能为SPBs的HVSs中，周期>3天或振幅<0.01等的占比是多少？未来观测如何解决其本质问题？

主要发现

• 四颗HVSs——HVS1、HVS5、HVS7与HVS13——表现出显著的周期性测光变异性，周期为0.2至2天，振幅为0.5%至3%，与SPB特性一致。
• HVS7被确认为SPB，其周期约为1.0天，检测显著性水平为2.5-sigma。
• HVS1的周期与SPB行为一致，但其检测显著性仅为1.6-sigma，且其 aliases 模式与先前研究不同。
• HVS5的检测显著性仅为1.2-sigma，表明尚无足够证据确认其SPB身份，但仍为后续研究的候选体。
• HVS8在观测范围内未表现出显著变异性，但仍可能是SPB，其周期≥3天或振幅低于探测阈值。
• 结果表明，大多数观测到的HVSs位于log T_eff vs. log P图中的SPB狭窄不稳定带内，支持其被分类为主序B型星。