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Investigation of γ Dor – δ Sct hybrid stars based on high precission space photometry and complementary ground bases spectroscopy

Hareter, Markus (2013) Investigation of γ Dor – δ Sct hybrid stars based on high precission space photometry and complementary ground bases spectroscopy.
Dissertation, University of Vienna. Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
BetreuerIn: Weiss, Werner Wolfgang

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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-29125.80580.316563-7
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Abstract in English

Stellar pulsation carries information on the physical condition within the star. While pressure modes (p modes) probe the outer layers of a star, gravity modes (g modes) penetrate deep into the radiative zone and thus carry valu- able information on the physical conditions there. gamma Dor stars are stars that pulsate in such modes, apart from white dwarfs and slowly pulsating B (SPB) stars. Therefore, these stars are important test benches for stellar evolution and pulsation theory. delta Sct - gamma Dor hybrids are stars that pulsate like gamma Dor stars with g modes but also with p modes as the delta Sct stars do. This makes them even more suited for asteroseismology. The CoRoT long runs offer a great opportunity to analyse a large sam- ple of stars observed homogeneously, uninterrupted and long time base of about 150 days, which is practically unachievable with ground based observation. Since space missions avoid the scintillation caused by the Earth's atmosphere, they allow to detect stellar oscillations on a sub-millimagnitude level even for stars as faint as 15th magnitude. The photometric data is supplemented by AAOmega classification spectroscopy, allowing to determine effective tem- peratures and surface gravity. With these data a statistical approach was adopted to describe the pulsa- tion behaviour gamma Dor and delta Sct - gamma Dor hybrid stars. A temperature - period relation was found for gamma Dor and delta Sct stars, but none for delta Sct - gamma Dor hybrid stars, when considering their strongest g mode or p mode, respectively. The instability domain of hybrid stars is equal to that of delta Sct stars and is not con- fined to the overlapping region of the delta Sct and gamma Dor IS in the Hertzsprung- Russell diagram. Hybrid stars behave differently in the g mode regime than gamma Dor stars, which poses a serious question on how to define properly a delta Sct - gamma Dor hybrid. The convective flux blocking mechanism is supposed to work for stars in the gamma Dor regime, but not for stars hotter than the blue border of the gamma Dor instability strip, as the hybrids are. Thus, my finding is an evidence for another driving mechanism, which excites the observed g modes of hybrid stars and gamma Dor candidates beyond the hot border of the gamma Dor instability strip. A comparison to the pulsation periods of delta Sct stars show a discrepancy for p modes as well. For delta Sct stars a temperature - period relation was found but none for hybrids. This finding suggests that the hybrid stars form a dif- ferent class of pulsating stars and are not merely a mixture of delta Sct and gamma Dor type pulsation. On the other hand the hybrid stars occupy the same area in the Hertzsprung-Russell diagram as delta Sct do and therefore a different stellar structure seems unreasonable. The investigation of constant period spacings of the g modes of the gamma Dor stars yields generally too low values of what is expected from theory. I find spacings that would require l > 3 modes to explain my findings. Such modes, however, suffer from cancellation effects and are hardly detectable even by such a high precision photometer as CoRoT is. As a caveat I mention that based on my data no mode identification can be done which leaves the possi- bility that modes of different l mimic a constant period spacing. To explore a possible connection between the hybrid pulsation and chemi- cal abundance patterns, a detailed abundance analysis was done for two stars. This analysis resulted in one hybrid and Am star, while the other hybrid does not show this kind of chemical peculiarity. Thus, there is no connection be- tween the hybrid phenomenon and hybrid pulsation.

Schlagwörter in Englisch

pulsating stars / asteroseismology / delta Scuti stars / gamma Doradus stars / space photometry / spectroscopy / fundamental parameters / abundances / excitation mechanism

Abstract in German

Die Pulsation eines Sterns enthaelt Information uber die physikalischen Bedingungen in seinen tieferen Schichten. Druckmoden (p Moden) laufen durch seine aeußeren Schichten, waehrend sich Schwerkraftmoden (g Moden) tief im Inneren der Sterne ausbreiten. Daher sind g Moden besonders interessant, koennen jedoch nur bei bestimmten Sternen beobachtet werden. gamma Dor Sterne oder langsam pulsierende B Sterne (SPB) sind beispielsweise solche Sterne, bei denen die g Moden hohe Amplituden zeigen und daher leicht beobachtet werden koennen. Hybridsterne (Mischformen), welche gleichzeitig in p und g Moden pulsieren, eignen sich besonders fuer Asteroseismologie. Die CoRoT Langzeitbeobachtungen (Long Runs) bieten eine großartige Gelegenheit eine große Stichprobe solcher Sterne zu analysieren. Diese Daten wurden unter homogenen Beobachtungsbedingungen, ohne signifikante Datenluecken und fuer eine Dauer von ca. 150 Tagen gewonnen, was mit bodengebundenen Instrumenten praktisch nicht moeglich ist. Da die Weltraumteleskope die Szintillation der Erdatmosphaere umgehen, ermoeglichen sie stellare Oszillation auf unter tausendstel Magnituden zu finden, sogar fuer 15 mag schwache Sterne. Die photometrischen Daten werden ergaenzt durch AAOmega Klassifikationsspektren, die die Bestimmung der Effektivtemperatur und der Schwerebeschleunigung an der Oberflaeche erlauben. Mit diesen Daten wurde ein statistischer Ansatz verfolgt um das Pulsationsverhalten der gamma Dor und gamma Dor - delta Sct Hybridsterne zu beschreiben. Eine Perioden - Temperatur-Beziehung wurde fuer gamma Dor und delta Sct Sterne gefunden, nicht aber fuer Hybridsterne, wenn man nur ihre staerksten Pulsationsmoden (g bzw p Moden) beruecksichtigt. Hybridsterne verhalten sich anders im Bereich der g Moden als gamma Dor Sterne, was die ernste Frage nach einer adequaten Definition von Hybridstern aufwirft. Der Anregungsmechanismus der g Moden sollte bei Sternen heisser als die gamma Dor Sterne nicht mehr funktionieren, trotzdem wurden g Moden bei Hybridsternen gefunden, die heisser sind als gamma Dor Sterne. Das weist auf einen anderen Anregungsmechanismus hin, der g Moden bei diesen Hybridsternen und gamma Dor Kandidaten anregt, die jenseits der blauen Grenze des gamma Dor Instabilitaetsstreifens liegen. Der Vergleich der Pulsationsperioden der Hybridsterne zu jenen der delta Sct Sternen zeigt ebenfalls eine signifikante Abweichung. Da die Hybridsterne keine Temperatur - Perioden-Beziehung zeigen, wird nahegelegt, dass es sich bei Hybridsternen um eine eigenstaendige Klasse von pulsierenden Sternen handelt. Da jedoch die Lage im Hertzsprung-Russell-Diagramm mit der der delta Sct ubereinstimmt, wird erwartet dass der innere Aufbau dieser beiden Gruppen gleich ist. Die Untersuchung auf konstanten Periodenabstand der g Moden der gamma Dor Sterne ergibt allgemein zu niedrige Werte, als die von der Theorie erwartet werden. Ich finde Periodenabstaende, die mit l > 3 Moden erklaert werden koennen. Solche Moden aber unterliegen bereits Ausloeschungseffekten und sind kaum nachweisbar sogar mit hochgenauen Photometer wie CoRoT eines ist. Jedoch ist zu beachten, dass mit meinen Daten keine Modenidentifikation durchefuehrt werden kann, daher besteht die Moeglichkeit, dass Moden mit verschiedenen l diese Periodenabstaende vortaeuschen. Um einen moeglichen Zusammenhang des Hybridphaenomens mit einem Elementhaeufigkeitsmuster zu untersuchen, wurde fuer zwei Hybridsterne eine detailierte Haeufigkeitsanalyse durch-gefuehrt. Diese Analyse ergibt keinen Zusammenhang mit dem Auftreten von Hybridpulsation mit chemischen Haeufigkeitsmustern (z.B. Am), und pekulaere chemische Oberflaechenhaeufigkeiten und Pulsation schließen sich nicht gegenseitg aus.

Schlagwörter in Deutsch

pulsierende Sterne / Asteroseismologie / delta Scuti Sterne / gamma Doradus Sterne / Weltraumphotometrie / Spektroskopie / Fundamentalparameter / Haeufigkeiten / Anregungsmechanismen

Item Type: Hochschulschrift (Dissertation)
Author: Hareter, Markus
Title: Investigation of γ Dor – δ Sct hybrid stars based on high precission space photometry and complementary ground bases spectroscopy
Umfangsangabe: 329 S. : Ill., graph. Darst.
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Publication year: 2013
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Weiss, Werner Wolfgang
Assessor: Hatzes, Artie
2. Assessor: Aerts, Conny
Classification: 39 Astronomie > 39.40 Sternsysteme, Sterne
AC Number: AC11040830
Item ID: 29160
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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