星系PHL293B中一颗大质量恒星可能的消失

引用Andrew P Allan，Jose H Groh，Andrea Mehner，Nathan Smith，Ioana Boian，Eoin J Farrell，Jennifer E Andrews，低金属丰度星系PHL293B中一颗大质量恒星的可能消失，皇家天文学会月刊第496卷，2020年8月第2期，第1902-1908页，https://doi.org/10.1093/mnras/staa1629。

关。

我们在最缺乏金属的矮星系之一PHL-293B中调查了一颗疑似超大质量的恒星。令人兴奋的是，我们发现恒星特征从我们2019年的光谱中突然消失，特别是与大质量发光蓝色变星(LBV)相关的具有P和天鹅座轮廓的宽阔的H线。我们在2019年使用洛基系外行星的Echelle光谱仪以及欧洲南方天文台甚大望远镜的稳定光谱观测和X-Shoter仪器获得的光谱中没有这些功能。用计算的辐射传输模型拟合了LBV的观测光谱，与地面哈勃空间望远镜测光和档案哈勃空间望远镜测光相一致。我们的模型表明，在2001年-2011年期间，LBV的光度L*⊙=2.5-3.5×10 6µL−，质量损失率|$\Dot{M}=0.005{-}0.020~{\rM}_{\odot1}|yyr−1，风速为10 0 0 km/s 1，有效和恒星温度分别为Teff=6 0 0 0-6 80 0和T*0=95 0 0-1 5 0 0 0K。这些恒星性质表明它处于喷发状态，风速为10 0 0 km/s−1，有效恒星温度为Teff=6 0 0 0-6 80 0 0，T* =95 0 0-15 0 0 0 K。我们考虑了自2011年以来获得的光谱中没有宽发射分量的两个主要假设。一种可能性是，我们正在看到一颗幸存恒星的LBV喷发结束，光度略有下降，转向更热的有效温度，并出现一些尘埃遮蔽。或者，LBV可能已经坍塌成一个巨大的黑洞，而没有产生明亮的超新星。

大质量恒星是电离光子和化学元素的最重要来源之一，产生了目前存在于宇宙中的相当大比例的元素。它们有助于理解各种天体物理主题，包括超新星(SNE)和伽马射线暴之间的联系，以及它们各自祖先的性质(例如Schulze等人)。2015年)，以及宇宙的早期演化。

在金属丰度(Z)低于小麦哲伦星云的环境中，我们目前对大质量恒星及其命运的理解是相当不完整的(Z≃0.2 Z⊙；Hunter et al.。(2007年)。这主要是由于在非常低的Z处观测到的大质量恒星很少，特别是在进化的后期阶段。Wolf-Rayet(WR)星在金属非常贫乏的地区通常很少见(Crowther&；Hadfield，2006)，调查发现SMC中进化的WR星(Massey，Olsen&；Parker 2003；Massey等人)。2014年；Neugent，Massey S&；Morrell 2018年；Sinar等人。2020)和Izotov等人(Izotov等人)发现了18个星系(Izotov等人)。1997年；Legrand等人。1997年；Brown等人。(2002年)。在SMC中已经发现了几个发光的蓝色变量，包括HD5980(Barba等人)。1995年；Drissen等人。2001)和其他低金属丰度星系(Izotov和Amp；Tuan，2009；Izotov等人)。(2011年)。红超巨星在极低的Z也被认为是罕见的(例如Eldridge等人。2017年)。

人们正在努力推进我们的理解，最近低金属丰度恒星的数值恒星演化模型揭示了一个令人惊讶的预测。它们表明，一些质量最大的恒星可能会以不稳定的LBV恒星的身份结束生命(Groh等人)。2019b)，因为它们不能失去质量，成为贫氢的WR恒星。LBV阶段被认为发生在大质量恒星演化的后期(例如Humphreys&；Davidson 1994；Maeder&；Meynet 2000；Groh等人)。2014年)。LBV显示，除了S-Doradus类型的不规则光度和光谱变化(Van Genderen 2001)外，反复发生的喷发事件还会造成相当大的质量损失(Smith&；Owocki 2006)。LBV在超大质量恒星的质量预算中起着关键作用(Smith 2014)，并调节它们最终致密的残余质量，在某些情况下可能是一个大质量黑洞(BH；Groh等人)。2019年)。LBV也被认为是一些SN爆炸的直接前身(例如，Kotak&；Vink 2006；Gal-Yam&；Leonard 2009；Smith等人)。2011年；Groh，Meynet(&；Ekström 2013；Boian；&；Groh 2018)。

为了提高我们对低Z超大质量恒星的理解，我们对蓝致密矮星(BCD)星系PHL-293B进行了监测。这个星系距离Mpc为23.1Mpc(Mold et al.。2000年)，金属丰度为Z≃0.1Stasi Z⊙(Izotov，Tuan&；Stasińska，2007年)。2001至2011年间对这个致密星系的光谱观测一直显示氢巴尔默谱线中有广泛而强烈的发射成分。这些光谱特征被解释为起源于LBV流出(Izotov和Amp；Tuan 2009；Izotov等人)。2011)，因为与

我们提供了使用ESO/VLT仪器X-Shooter和Epresso在2019年获得的PHL-293B的新光谱，并将这些光谱与2001年至2016年获得的档案光谱进行了比较(见表1)。浓缩咖啡用于四单元望远镜模式，结合了来自四个8米望远镜的光。ESO管道版本/1.3.0减少了数据。使用ESO管道版本/3.3.5减少了X射手数据。在没有通量标准和平场的情况下，获得了存档的INT/IDS、WHT/ISIS和2009X-Shooter谱。因此，我们重新调整了通量的比例，以最大限度地匹配具有相似孔径大小(UVE)的光谱的H- α线窄分量的等效宽度。

图1突出显示了2016年至2019年从PHL-293B的光谱中推断的LBV签名的缺失。其他被解释为由LBV引起的签名，例如来自Fe 和He (Izotov)和Izotov等人的签名(Izotov和Amp；Tuan 2009；Izotov等人)。2011)，在我们2019年的数据中也没有检测到。我们解释了2001年、2002年、2009年和2011年光谱中缺乏光谱可变性的原因(Terlevich等人也注意到了这一点)。2014年)，以确认LBV的存在，推断的LBV签名在2011至2016年间的某个时候消失。

我们还获得了PHL293B星系的HST档案图像，这是2010年10月31日用HST/WFC3用滤光片F336W、F438W、F606W和F814W(GO-12018；PI Prestwich)观测到的。我们对银河系最亮的区域进行了测光，LBV被认为位于那里，因为之前的光谱观测就是在这里进行狭缝的集中。我们使用(Dolphin 2000,2016)对标准管道进行预处理、电荷转移效率校正后的图像。这些观察是在推断的光谱内的LBV特征消失之前获得的，并在F336W、F438W、F606W和F814W滤波器中分别获得了m F336W，Pre=19.70±0.01M，m F438W，Pre=20.82±0.01M，m F606W，Pre=20.31M±0.01M，以及m F814W，Pre=20.03±0.01M/g，F336W，F438W，F606W和F814W滤波器中分别获得了m F336W，Pre=19.70±0.01M，m F606W，Pre=20.31m±0.01m ag.。

为了约束暴发期间PHL-293B的LBV参数，我们计算了新的辐射传输模型，并拟合了2002年的高分辨率UVES谱。我们使用线包络大气/风辐射传输程序(Hillier&Amp；Miller，1998)计算了非局地热力学平衡(NLTE)和球对称条件下的连续体和线的形成。我们的新模型使用了与SN候选SN 2015bh(Boian S&；Groh 2018)的LBV前身类似的物理假设。将恒星光度L*、恒星半径|$\mathit{R}{\STAR}$|⁠、质量损失率|$\dot{M}$|⁠、风端风速v∞和所包含物种的丰度作为输入。表2显示了本文中使用的原子模型，该模型利用“超级”能级来减少其原子布居必须求解的能级数(Anderson 1989；Hillier T&；Miller 1998)。我们假设Fe的质量分数为1.7T×10−4，即∼为太阳值的0.1，这与PHL293B的预期相同。我们还假设质量分数为0.5时(∼为太阳值的1.8%)，这是典型的LBVS(例如Groh等人)。(2009年)。因为只有几条诊断线，所以氦和铁的丰度都是假定的，而不是导出值。在这个温度体系中，He和Fe谱线受到恒星和/或风参数微小变化的影响(Boian S&Amp；Groh，2018)。这一点与铁特别相关，因为我们假设了太阳尺度的铁/氧比，而这一点可能不成立，这取决于星系的化学演化历史。例如，由于PHL-293B的导出金属丰度是基于星云O线(Izotov和Amp；Tuan 2009)，Fe丰度变化2倍仍然与我们的模型一致。

为简单起见，我们的模型是不成团的，事实上，它们与观察到的H线的电子散射翼的强度相匹配，这是一个关键的成团诊断(Hillier 1991)。我们通过与高斯函数卷积以匹配UVES光谱分辨率来退化高分辨率合成光谱。由于风密度很大，我们既计算了高光学深度(Rosseland光学深度τRoss_1=10)的通量温度T*，也计算了光球层(其中τRoss_s_1=12/3)的Teff。

由于LBV与PHL-293B之间的距离为23.1mpc，因此在空间上无法从PHL-293B的底层恒星群中分辨出来。因此，我们创建了一个模型网格，其中LBV和(平)背景星系对总通量的贡献各不相同。为了确定最佳拟合参数，我们同时匹配连续体和H α、H β和Fe 的5169线。我们还确保 -5876与观察到的水平相匹配(图2)。需要同时匹配，因为上述所有诊断都依赖于多个模型参数，例如光度、质量损失率和有效温度。下面我们描述一下同时确定ste的方法。

我们的最佳拟合模型表明，在它消失之前，LBV的L*⊙=(2.5-3.5)×10 6µL−，|点{M}=0.005-0.020，有效温度T0T0-601，有效温度T0-6,800K，有效温度T0-60。和T* =95 0 0-15⊙000k.虽然L*=(3.5-5)×10 6×10 6mol L的模型与地面数据一致(图3)，但与HST观测相比，它们太亮了，下面将讨论这一点。我们的模型需要1,000公里/s−1的恒星风速，才能再现氢和铁线的广泛发射和P-天鹅座吸收成分。这一速度比极端红色超巨星VY和CMA(史密斯，欣克勒和莱德，2009年)观测到的40公里/秒的−1流出速度要快得多，也比在剑鱼座南部爆发的−1观测到的50-300亿公里/秒的典型速度要快得多(van Genderen，2001年)。恒星和风参数强烈表明LBV处于喷发状态。

由于轻型船体的出流密度很大，其静水半径R_(⋆)很难约束。图4显示，在很大的半径范围内，光谱形态几乎没有变化。这与Eta Car发现的情况类似，Eta Car也拥有高密度的风(Hillier等人)。2001,2006；Groh等人。(2012年)。Hillier等人。(2001)发现，Eta CAR的浓风阻碍了下面恒星的温度被很好地确定。由于流体静力半径的选择有很大不同，因此，温度可能会因质量损失率或光度的相对较小的变化(30-50% Cent)而导致线路强度的微小变化。不同的He组分也会以这种方式改变发射线强度。在PHL293B的情况下，与我们的参考值100R⊙的较大变化将需要更大的质量损失率才能符合观测结果，如图4所示。从这个意义上说，我们引用的|$\dot{M}$|的值是下限。我们还在分析中省略了巴尔默线的狭窄区域，因为它起源于观测中的星系。这进一步削弱了所选半径的重要性，因为更改半径所产生的大部分变化都在此组件内。综上所述，我们关于LBV具有极密集风的结论不受|$\mathit{R}{\STAR}$|⁠的选择的影响。

为了研究在恒星消失的情况下预期的光度学变化，我们计算了SDSS和HST滤光片中最佳拟合的LBV模型的合成光度学。我们发现我们的LBV模型在SDSSg和r滤波器中分别有明显的mLBV，g=20.20-21.05和m LBV，r=19.79-20.56兆。在HST F336W、F438W、F606W和F814W滤波器中，分别获得了m LBV、F336W、=19.52-20.20、m LBV、F438W、=20.27-21.13、m LBV、F606W、=19.92-20.72和m LBV、F814W、=19.79-20.72。

我们确定了LBV消失前和消失后视星等预期变化的下列关系：其中m Pre和m Post分别是LBV消失前和LBV消失后给定滤光片中星系的视星等，m LBV是LBV的视星等。

我们使用Burke等人的测光方法。(2020)估计SDSS g和r频段的mpre。我们对SDSS2005和2013年的观测数据进行插值，得到了m Pre，g≃m Pre，r≃17.83m agg。利用方程(1)，如果要完全消失，我们在g带和r带的Δm分别约为0.06-0.13和0.09-0.19mAg。结果表明，g带和r带的LBVm分别约为0.06-0.13g和0.09-0.19m agg。这些变化与Burke等人的光曲线大致一致。(2020)。SDSS和DES地面测光使用直径为5角秒的大口径，因此很大一部分底层星系流量包含在口径中(见图3)。Burke等人的1个。2020)。如果LBV消失，在口径内捕获的星系成分也将产生稀释测量视星等变化的效果。

图5显示了使用HST(左面板)获得的PHL和293B的高空间分辨率图像，与较低空间分辨率的SDSS图像(右面板)进行了比较。由于HST观测的高空间分辨率，我们能够使用比SDSS和DES小得多的孔径来提取光度。因此，在HST观测中，LBV对通量的贡献要高得多。我们的一些最佳拟合模型与HST观测到的星等和颜色是一致的，这意味着我们为其提取2010 HST光度的对象实际上可能是LBV本身。较微弱的LBV模型也与数据一致。由于孔径较小，如果LBV消失，我们预测未来HST数据的震级变化要大得多，即使是对于较弱的模型也是如此。我们找到了每个滤波器中Δm的下限，得到Δm F336WΔ=1.0 7，Δm F438WΔ=1.5 4，Δm F606W=1.2 6，Δm F814WΔ=0.81mag。高分辨率

一种可能性是，我们正在看到一颗幸存恒星的LBV喷发结束，光度略有下降，转向更高的有效温度，

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