Spektroskopická analýza B[e] hvězdy V2028 Cyg

Mgr. Jan Polster, Ph.D.

Doctoral thesis

Spectroscopic analysis of the B[e] star V2028 Cyg

Abstract:

V rámci této disertační práce se autor soustředí na spektroskopii hvězdy V2028 Cyg (MWC 623), která je řazena mezi objekty s B[e] spektrem. Toto označení náleží skupině, zahrnující poměrně pestrou škálu objektů na různém stupni vývoje. Jejich prachoplynné obálky mají velmi podobné vlastnosti, což se projevuje shodnými znaky ve spektru. Vzhled spektra řadí do této skupiny i V2028 Cyg, není však zatím jasné, do které podtřídy v rámci B[e] objektů hvězda náleží. Předchozí studie jí v HR diagramu přiřazují pozici blízkou pomezí B[e] a klasických Be hvězd. Vlastní hvězda je stíněna obálkou, což zabraňuje použití klasických modelů hvězdných atmosfér pro spektroskopickou analýzu. Tím nabývá na důležitosti studium časových závislostí změn ve spektru. V2028 Cyg byla již dříve spektroskopicky zkoumána, vždy se však jednalo jednotlivá pozorování z různých přístrojů. Předkládaná práce vyplňuje tuto mezeru a přináší analýzu změn ve spektru, založenou na vlastním systematickém pozorování v délce šesti let. Jsou zde uvedeny výsledky měření změn radiální rychlosti absorpční a emisní složky spektra, ekvivalentních šířek emisí a dále jsou zkoumány změny v profilu emise H alfa pomocí měření intenzity, šířky a bisektorů. Pro interpretaci pozorovaných změn emise H alfa a jejich vzájemných závislostí byly vytvořeny jednoduché modely: disk se skvrnou/ramenem, dvojhvězda s hvězdným větrem chladné složky, dvojhvězda se společnou obálkou, disk s prachovým prstencem. Nejlepší shodu s pozorováním vykazuje disk s prachovým prstencem, který je schopen vysvětlit všechny korelace časových závislostí jednotlivých spektrálních veličin. Disk je geometricky i opticky tlustý a pozorujeme jej téměř rovnoběžně s jeho rovinou. Jak hvězda, tak disk jsou zdrojem rychlého větru, který má tvar kužele s malým vrcholovým úhlem. Prachový prstenec a opticky tlusté prostředí disku stíní většinu vyzařujícího objemu disku i větru. Popsaný model nabízí hypotézu, že se v případě V2028 Cyg jedná o samostatnou horkou hvězdu a absorpční spektrum typu K vzniká v chladných vnějších oblastech disku. Tuto interpretaci podporuje i průběh změn radiální rychlosti absorpční složky spektra, který má podobný trend jako radiální rychlosti křídel čáry H alfa. Měření rychlostí absorpčních čar jsou však zatížena velkou chybou. V případě, že se jedná o dvojhvězdu, je její perioda delší než 25 let.

Abstract:

The thesis is focused on spectroscopic analysis of the star V2028 Cyg (MWC 623) which belongs to the group of objects showing B[e] phenomenon. This group is very heterogenous, containing several types of objects in different evolutionary stages. These stars are peculiar by very strong permitted and also forbidden lines, originating in extended circumstellar envelope. V2028 Cyg belongs to this group due to its spectral features. It is unknown which particular subgroup it occupies. Its position in HR diagram is, according to former studies, close to the Be stars. The star is shaded by an envelope which makes it very difficult to use the classical models of stellar atmospheres for the spectral analysis. Therefore, the temporal variations of the spectral features become very important. The spectral analysis of V2028 Cyg has been done by several authors before. In all cases, however, it was based on a few spectra observed by distinct telescopes. This thesis fills the gap mentioned above and brings spectral variation analysis, based on six years long observation campaign. There are presented measurement results of radial velocities (absorptions, emissions) and equivalent widths (emissions) variations. H alpha line profile, and its line intensity, width and bisectors are used for the further analysis. For interpretation of the observed H alpha emission variations and their mutual dependencies, following simple models were implemented: disc with spot/spiral arm, a binary with a wind from a cold component, binary with a common envelope, disc with a dust ring. The best agreement with observations shows the model of disc with a dust ring. It is able to explain all correlations of the observed spectral quantities variations. The disc is geometrically thick and we observe it in nearly edge-on orientation. Both, star and disc, are sources of fast wind shaped as cone with a small top angle. The dust ring and the disc itself obscures most of the emitting volume of the disc and wind. The described model offers a hypotheis that V2028 Cyg is a single hot star and the K-type absorption spectrum originates in the outer, cool parts of the disc. This interpretation is supported also by variations of the absorption component radial velocities which show similar features as the velocities of H alpha wings. There are, however, large uncertanities in those measurements. Therefore, V2028 Cyg still might be a binary. In this case, the orbital period must be longer than 25 years.

Keywords

horké hvězdy, B[e] jev, spektroskopie, okolohvězdné prostředí, modelování spektrálních čar, V2028 Cyg hot stars, B[e] phenomenon, spectroscopy, circumstellar enviroment, line-profile modelling, V2028 Cyg

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 5. 2012

Thesis defence

• Date of defence: 27. 10. 2012
• Supervisor: Mgr. Daniela Korčáková
• Reader: doc. RNDr. Vladimír Štefl, CSc., RNDr. Augustin Skopal, DrSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics (4-years) / Theoretical Physics and Astrophysics