LMC中旋转速度最快的O型大质量恒星

(今天给大家介绍的是一篇很简短的发现文章,当然,主要的原因还是越来越难抽时间写东西,至少是这两天,不过这篇文章还是很有意思的,很多科普网站也在介绍这个发现;很高兴最近收到了好几位同学的投稿,估计很快就会和大家见面了)

文章: The VLT-FLAMES Tarantula Survey: The fastest rotating O-type star and shortest period LMC pulsar – remnants of a supernova disrupted binary?

  • 作者:P. L. Dufton, P. R. Dunstall, C. J. Evans, I. Brott, M. Cantiello, A. de Koter, S.E. de Mink, M. Fraser, V. Hénault-Brunet, I. D. Howarth, N. Langer, D. J. Lennon, N. Markova, H. Sana, W. D. Taylor
  • 论文索引:astro-ph/1111.0157
  • 编辑整理:南京大学 黄崧

本文工作:

大质量恒星的演化已经被我们介绍过很多次了,其主要的科学意义不必多说,本文强调的是一个观测事实,那就是很多大质量年轻恒星都处于双星系统中,而双星系统的演化对其中成员的演化都有很强烈的影响,这对于我们了解双星演化在星族演化中的具体作用是很有意义的,毕竟我们都知道恒星极少孤独的出生,而且双星是非常的普遍的,但是在我们的大部分关于星族演化的讨论中,很少涉及双星的作用;不过,本文没有这么多废话,说白了,想研究双星演化,首先需要我们能够用观测捕捉到不同类型的双星在不同演化阶段的图像,而本文观测到的就是一个非常特殊的场景,简单的说,在LMC的狼蛛星云中(这个VLT上的狼蛛星云内的巡天我们其实曾经介绍过的),天文学家找到了一个名字叫做VFTS102的家伙,他位于著名的大质量恒星形成区30 Dor中,根据VLT的光谱观测,这颗大质量O型星的旋转速度可能达到了v_{eq}\sin\thetha \sim 600km/s,比所有已知自转速度的O型星都要大,而且根据估计,这颗恒星也是一颗逃逸恒星,像是被从周围的环境中踢出来的,究竟是从哪来的呢?请往下看


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图一:观测到的He I和He II吸收线呈现出了明显的自转致宽的轮廓

本文的观测在VLT上利用FLAMES光谱仪进行,多时段的光谱观测显示VFTS102应该是一颗单星,而且在这些光谱中,天文学家观察到了O型星中常见的HeI吸收线显示除了非常罕见的展宽,学过辐射机制或者恒星大气的同学可能这个时候会回忆起当初课本上的各种谱线展宽机制,湍动,压力,当然,还有本文讨论的自转;通过对没有发射线污染的吸收线轮廓进行傅里叶变换,可以对恒星在赤道位置上的投影旋转速度进行估计,而本文的数据显示处VFTS102果然是一颗拥有这极高自转速度的大质量恒星,在具体旋转速度的估计上,确实有很多的不确定性,作者也诚实的指出,具体的数值估计需要小心的对待,但可以肯定的是这颗恒星的自转速度已经接近了其临界速度;通过其光谱,恒星的视向运动速度也可以被估计出来,而且和周围其他大质量恒星的平均速度比较,可以看到非常显著的差别,这就说明了VFTS103的”Run-away Star”的本质。通过测光和光谱观测,关于这颗恒星的很多性质也可以被推测出来,不过这都不是重点,这颗恒星到底从哪来的才更有意思。

演化讨论:

虽然VFTS102现在是一颗单星,但并不意味着他一直就是单身汉,结合其性质,作者考虑了单星和双星的演化图像,这里,其附近的复杂环境和其很高的逃逸速度也要被考虑在内,而且显然,其快速的自转速度也需要得到合理的解释。在单星模型下,作者结合最近的几个考虑了恒星自转的模型,对其前身星质量进行了估计,对于VFTS102,似乎一个20-30太阳质量的前身星质量的演化模型比较符合其性质;但是,VFTS102周围的环境又让天文学家们不由得想到其之前作为一个双星系统中成员,因为伴星的演化被踢出来的可能性,尤其考虑到位于一个大质量疏散星团中的VFTS102不仅有很高的旋转速度,而且距离一个叫做PSR J0537-6910的X-ray脉冲星只有短短的12pc的车程距离,附近还有一个和蟹状星云很像的超新星遗迹B0538-691,更好玩的是,结合更早的Chandra对这个SNR的观测,似乎这个SNR和VFTS102在往相反的方向移动。


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图二:VFTS102周围的环境,等值线表示的是Chandra的X-ray观测,附近的脉冲星已经在图上标出

通过不同的方法,脉冲星和其所属的SNR的大致年龄可以被估计出来,对本文的情况,5000年左右的年龄似乎比较合适,而如果考虑到这个时标和SNR以及本文观测恒星的运动学,他们在之前曾经属于一个双星系统的图像并不是特别的离谱,而本文的作者也根据手边的数据对这个画面给予了想象;在这个图像中,之所以VFTS102拥有这么高的自转速度一方面来自于其自身的演化,另一方面也是因为他在不是很久以前属于一个双星系统,其伴星的超新星暴发产生了一个脉冲星,留下了一个SNR,并且把很多的质量和能量传递到了VFTS102上,造成了其很高的自转速度和比较快的逃逸速度;当然,作者也承认,这只是可能的图像中的一种,也有可能VFTS102就是从附近的星团中通过动力学过程被踢出来的。但不管怎样,这都是一颗非常有意思的恒星,根据简单的估计,VFTS102自己的最终结局很可能也是以GRB暴发或者我们不太了解的所谓Hypernova的形式结束,并且,这样的高速自转本身对加深恒星演化中化学演化,尤其是自转对于其中化学元素分布的影响的理解都是非常重要的。

延伸阅读:

  • 1.同样是这个巡天之前的一篇关于大质量双星系统的工作
  • 2. Universe Today网站上对这个工作的介绍
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    One Reply to “LMC中旋转速度最快的O型大质量恒星”

    1. ZhiyuZhang

      Chrome 17.0.942.0 MacIntosh

      刚被女盆友甩了的高富帅恒星?

      “结合更早的Chandra对这个SNR的观测,似乎这个SNR和VFTS102在往相反的方向移动. ”
      这里Chandra 的速度分辨率可以达到多少,为什么是似乎?

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