[论文解读] XMM-Newton observations of the sigma Ori cluster. I. The complex RGS spectrum of the hot star sigma Ori AB

J. Sanz‐Forcada, E. Franciosini+1 more|ArXiv.org|Apr 5, 2004

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 40

一句话总结

本研究利用XMM-Newton对年轻σ Ori星协中的热O9.5V型星σ Ori AB进行了高分辨率RGS谱的观测，仔细分离了附近X射线源的污染，以隔离该恒星的真实辐射。关键发现是O vii禁线与间合线的线强度比显著偏低，且风区CNO元素丰度异常偏高，这挑战了当前热星风中冲击加热模型的理论。

ABSTRACT

We present XMM-Newton observations of the young (~2-5 Myr) cluster around the hot (O9.5V) star sigma Orionis AB, aimed at obtaining a high resolution RGS spectrum of the hot star as well as EPIC imaging data for the whole field. We show that the RGS spectrum of sigma Ori AB may be contaminated by weaker nearby sources which required the development of a suitable procedure to extract a clean RGS spectrum and to determine the thermal structure and wind properties of the hot star. We also report on the detection of a flare from the B2Vp star sigma Ori E and we discuss whether the flare originated from the hot star itself or rather from an unseen late-type companion. Other results of this observation include: the detection of 174 X-ray sources in the field of sigma Ori of which 75 identified as cluster members, including very low-mass stars down to the substellar limit; the discovery of rotational modulation in a late-type star near sigma Ori AB; no detectable line broadenings and shifts (<800 km s^-1) in the spectrum of sigma Ori AB together with a remarkable low value of the O VII forbidden to intercombination line ratio and unusually high coronal abundances of CNO elements.

研究动机与目标

• 通过最小化附近X射线源的污染，获取年轻σ Ori星协中热星σ Ori AB的高分辨率RGS谱。
• 利用高分辨率X射线谱学确定σ Ori AB的热结构与风区特性。
• 研究在B2Vp型星σ Ori E上探测到的耀斑的起源，区分其辐射是来自热星本身还是来自一颗不可见的晚型伴星。
• 识别并表征σ Ori场中的X射线源，包括低质量恒星和接近亚恒星极限的棕矮星。
• 评估σ Ori AB谱线中是否存在由风引起的线型展宽和多普勒位移，以检验是否存在高速外流。

提出的方法

• 利用XMM-Newton的同步高分辨率RGS与低分辨率EPIC（PN和MOS）谱学观测，对σ Ori星协场进行观测。
• 开发了一种光谱校正程序，利用附近源的EPIC谱来建模并减去其对σ Ori AB的RGS谱的贡献。
• 通过视场内源位置偏移引起的RGS谱波长偏移，识别并隔离附近源的污染谱线。
• 对经过清理的σ Ori AB的RGS谱进行差分发射度（DEM）分析，以推断其热结构。
• 分析σ Ori E的光 light curves 和EPIC谱，以探测耀斑活动，并评估其在平静期与耀斑期的谱硬化程度和金属丰度变化。
• 利用Fe i荧光线的存在以及与轨道相位一致的吸收凹陷，推断存在包周物质，并检验耀斑起源假说。

实验结果

研究问题

• RQ1 在去除附近X射线源污染后，σ Ori AB的本征高分辨率RGS谱是什么？
• RQ2 σ Ori AB的RGS谱是否显示出与强恒星风一致的线型展宽或速度位移？
• RQ3 为何σ Ori AB中O vii禁线与间合线的线强度比显著低于标准冲击加热模型的预测值？
• RQ4 在σ Ori E上观测到的X射线耀斑的起源是什么——它可能来自热星本身，还是来自一颗不可见的晚型伴星？
• RQ5 σ Ori AB风区中增强的CNO丰度是否与一颗年轻、未演化的恒星一致，还是表明存在异常的元素富集过程？

主要发现

• 在σ Ori场中总共探测到174个X射线源，其中75个被确认为星协成员，包括低至亚恒星极限的极低质量恒星和棕矮星。
• 在一颗K型星（源#4）中检测到由表面活动引起的调制现象，表明该晚型星协成员存在磁活动。
• B2Vp型星σ Ori E表现出一次耀斑，其峰值金属丰度相比平静期增加了约7倍，与活跃晚型星的耀斑行为相似。
• σ Ori E的平静X射线谱异常偏硬，金属丰度Z ~ 0.1 Z☉，类似于冷却的活跃恒星。
• σ Ori AB中O vii禁线与间合线的线强度比异常偏低，与标准星风冲击加热模型不一致。
• 在σ Ori AB的RGS谱中未检测到显著的线型展宽或速度位移（≤ 800 km s⁻¹），表明尽管其CNO丰度相对于铁显著偏高，但并无强风外流。