Quantitative spectroscopy of OB-stars in the optical and the infrared [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Tamara Repolust

Tamara Repolust

Sujets

• Astronomie

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• Publié par: ludwig-maximilians-universitat_munchen
• Publié le: 01 janvier 2005
• Nombre de lectures: 24
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

QUANTITATIVE SPECTROSCOPY OF
OB-STARS IN THE OPTICAL
AND THE INFRARED
Dissertation
an der Fakulta¨t fu¨r Physik
der Ludwig-Maximilians-Universita¨t
Mu¨nchen
vorgelegt von
Tamara Repolust
aus Wildon
Mu¨nchen, 24. Ma¨rz 2005Erstgutachter: PD Dr. Joachim Puls
Zweitgutachter: Prof. Dr. Harald Lesch
Tag der mu¨ndlichen Pru¨fung: 08. Juli 2005Contents
List of Figures xi
List of Tables xiii
1 Introduction 1
1.1 Massive Stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1 Mass loss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.2 Star Formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.3 Late Evolutionary Stages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2 Model Atmospheres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Quantitative Optical Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4 Quantitative Infrared Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.5 Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.6 Outline of the thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.6.1 Paper 1: Atmospheric NLTE-Models for the Spectroscopic Analysis of Blue
Stars with Winds: II. Line-Blanketed Models . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.6.2 Paper 2: Advances in radiatively driven wind models . . . . . . . . . . . . . 16
1.6.3 Paper 3: Stellar and wind parameters of Galactic O-stars: The influence of
line-blocking and -blanketing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.6.4 Paper 4: Mass-loss and wind-momentum rates of O-type stars: A pure
H analysis accounting for line-blanketing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17α
1.6.5 Paper 5: Quantitative H and K band spectroscopy of Galactic OB-stars at
medium resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2 Atmospheric NLTE-Models 23
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2 Basic philosophy of the code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3 Atomic Data and Metallicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.4 Background elements: approximate NLTE occupation numbers . . . . . . . . . . . . 28
2.4.1 Selection of levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4.2 Ionization equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4.3 Excitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Meta-stable levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Subordinate levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.4.4 Limiting cases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35vi CONTENTS
2.4.5 Different spin systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.4.6 Accelerated Lambda Iteration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.4.7 Test calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.5 Approximate line-blocking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.5.1 Mean opacities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.5.2 Emissivities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.5.3 Tests/Comparison with WM-Basic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.6 Treatment of inverted levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.6.1 Treatment of inversions in the Sobolev approximation . . . . . . . . . . . . 56
2.6.2 Treatment of inversions in the comoving frame . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.6.3 Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.7 Temperature stratification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.8 Comparison with CMFGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.9 Model grids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
2.10 Summary and outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3 Advances in radiatively driven wind models 77
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.2 The WLR for Galactic O-stars: observations and theory . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.3 Conclusions: Clumping? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4 Stellar and wind parameters of Galactic O-stars 85
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.2 The code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.3 The O-star sample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.4 Analysis - General remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.5 Comments on individual objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.5.1 Supergiants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.5.2 Giants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.5.3 Dwarfs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.6 Error Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.6.1 Stellar parameters (cf. Table 4.4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.6.2 Wind parameters (cf. Table 4.2 and 4.3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.6.3 Derived Quantities (cf. Table 4.4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
4.7 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
4.7.1 The effective temperature scale for Galactic O-stars . . . . . . . . . . . . . . 110
4.7.2 Why lowerT with blanketed models? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111eff
4.7.3 TheT vs. logg diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116eff
4.7.4 Is there still a mass discrepancy? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.7.5 Wind-momentum rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Comparison with previous results assuming identical M ’s . . . . . . . . . 122V
Clumping in the lower wind? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.8 Conclusions and summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
4.9 Appendix: Centrifugal correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129CONTENTS vii
5 Mass-loss and wind-momentum rates of O-type stars 137
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.2 Spectral observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.3 Sample stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.4 H mass-loss rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143α
5.4.1 Input parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.4.2 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
General remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
Error analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.4.3 Comparison with results from a complete analysis . . . . . . . . . . . . . . 149
5.5 Wind-momentum rates and WLR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.5.1 WLR as function of luminosity class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
5.5.2 Enlarging the sample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
5.5.3 WLR as function of profile type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
5.6 Summary, discussion and conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
5.6.1 Future work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6 Quantitative H and K band spectroscopy of Galactic OB-stars 167
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.2 Observations, targets and strategic lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
6.3 Model calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
6.3.1 Atomic data and line broadening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
6.4 Predicted behaviour of strategic lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
6.4.1 Hydrogen and He II lines: Influence of Stark broadening . . . . . . . . . . . 175
6.4.2 He I lines: Influence of NLTE effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
6.5 Comparison with results by Lenorzer et al. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
6.6 Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
6.6.1 General remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
6.6.2 Fitting strategy and line trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
6.6.3 Comments on the individual objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
Dwarfs . . . . . .