The Relationship Between Spectral Type and Stellar Rotation

Year 2025, Volume: 6 Issue: Special Issue: UAK2024 Proc., 271 - 277, 01.07.2025

Ahmet Usta , Mert Boran , Cenk Kayhan

https://doi.org/10.55064/tjaa.1592019

Abstract

In this study, we investigate the relationship between spectral type and projected stellar rotational velocity ($v\sin i$) using a sample of approximately 50 000 single stars at different evolutionary stages. The stars in the sample span a broad range of spectral types, from O0 to M9. To conduct the analysis, the stars were divided into two subgroups based on their spectral type and luminosity class. These subgroups were examined separately to evaluate how the evolutionary status of stars affects their rotational velocities. The results indicate a noticeable decrease in the mean projected rotational velocity ($\langle v\sin i\rangle$) as spectral type progresses from early to late types. In particular, a significant drop of approximately 100 km/s in $\langle v\sin i\rangle$ is found when comparing hot stars (O0 to F2) with cooler stars (F2 to M9). Additionally, $\langle v\sin i\rangle$ tends to decrease as stars evolve, with the most prominent decline observed beyond the subgiant phase.

Keywords

stars: general , stars: rotation , stars: evolution , stars: late-type , stars: early-type , stars: statistics

Project Number

2209A-1919B012310850

Yıldızlarda Dönme ve Tayf Türü Arasındaki İlişki

Abstract

Bu çalışmada, tayf türü ile öngörülen yıldız dönme hızı ($v\sin i$) arasındaki ilişkiyi inceliyoruz; farklı evrimsel aşamalarda bulunan yaklaşık 50 000 tek yıldızdan oluşan bir örneklem kullanıyoruz. Çalışmaya dahil edilen yıldızlar, O0’dan M9'a kadar geniş bir tayf türü aralığını kapsamaktadır. Yıldızlar, tayf türleri ve ışıtma sınıflarına göre iki alt gruba ayrılarak incelenmiştir. Bu alt gruplar ayrı ayrı değerlendirilerek yıldızların evrimsel durumlarının dönme hızları üzerindeki etkisi analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, tayf türü erken türden geç türe doğru ilerledikçe ortalama dönme hızı ($\langle v\sin i\rangle$) değerinde belirgin bir azalma olduğunu göstermektedir. Özellikle sıcak yıldızlar (O0 ila F2) ile daha soğuk yıldızlar (F2 ila M9) karşılaştırıldığında, $\langle v\sin i\rangle$ değerinde yaklaşık 100 km/s'lik kayda değer bir düşüş görülmüştür. Ayrıca yıldızlar evrimleştikçe $\langle v\sin i\rangle$ değerlerinde bir azalma gözlemlenmiş ve bu eğilim özellikle altdev evresi sonrasındaki aşamalarda daha belirgin hale gelmiştir.

Keywords

stars: general , stars: rotation , stars: evolution , stars: late-type , stars: early-type , stars: statistics

Supporting Institution

Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK)

Project Number

2209A-1919B012310850

Thanks

Bu çalışmanın yürütülmesinde NASA Astrofizik Veri Sistemi, SIMBAD ve VizieR çevrimiçi kataloğu bibliyografik hizmetlerinden yararlanılmıştır. Bu çalışma Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) tarafından 2209A-1919B012310850 numaralı proje ile desteklenmiştir. Yazarlar TÜBİTAK’a destekleri için teşekkür ederiz.

References

• Abdul-Masih M., 2023, A&A, 669, L11
• Abt H. A., Morrell N. I., 1995, APJS, 99, 135
• Abt H. A., Tan H., Zhou H., 1997, ApJ, 487, 365
• Armitage P. J., Clarke C. J., 1996, MNRAS, 280, 458
• Barnes S., Sofia S., Pinsonneault M., 2001, ApJ, 548, 1071
• Barnes S. A., Weingrill J., Fritzewski D., Strassmeier K. G., Platais I., 2016, APJ, 823, 16
• Bodensteiner J., ve dig., 2023, A&A, 680, A32
• Bouvier J., Matt S. P., Mohanty S., Scholz A., Stassun K. G., Zanni C., 2014, in Beuther H., Klessen R. S., Dullemond C. P., Henning T., eds, Protostars and Planets VI. pp 433–450 (arXiv:1309.7851), doi:10.2458/azu_uapress_9780816531240-ch019
• Britavskiy N., ve dig., 2023, aa, 672, A22
• Chabrier G., Baraffe I., 1997, A&A, 327, 1039
• Chang S. W., Protopapas P., Kim D. W., Byun Y. I., 2013, AJ, 145, 132
• Che X., ve dig., 2011, ApJ, 732, 68
• Cieza L., Baliber N., 2007, ApJ, 671, 605
• Collier Cameron A., Campbell C. G., 1993, AaA, 274, 309
• Costa G., Girardi L., Bressan A., Marigo P., Rodrigues T. S., ChenY., Lanza A., Goudfrooij P., 2019, MNRAS, 485, 4641
• Crossfield I. J. M., 2014, A&A, 566, A130
• Cutispoto G., Pastori L., Pasquini L., de Medeiros J. R., Tagliaferri G., Andersen J., 2002, A&A, 384, 491
• D’Antona F., Milone A. P., Tailo M., Ventura P., Vesperini E., di Criscienzo M., 2017, Nature Astronomy, 1, 0186
• De Medeiros J. R., Mayor M., 1999, A&AS, 139, 433
• De Medeiros J. R., Udry S., Burki G., Mayor M., 2002a, A&A, 395, 97
• De Medeiros J. R., Da Silva J. R. P., Maia M. R. G., 2002b, ApJ, 578, 943
• De Medeiros J. R., Udry S., Mayor M., 2004, A&A, 427, 313
• De Medeiros J. R., Alves S., Udry S., Andersen J., Nordström B., Mayor M., 2014, A&A, 561, A126
• Delfosse X., Forveille T., Perrier C., Mayor M., 1998, AAA, 331, 581
• Deshpande R., ve dig., 2013, AJ, 146, 156
• Durney B., 1972, ApSS, 17, 489
• Fan Y., 2021, Living Reviews in Solar Physics, 18, 5
• Gallet F., Bouvier J., 2013, A&A, 556, A36
• Głe¸bocki R., Gnacinski P., 2005, in Favata F., Hussain G. A. J., Battrick B., eds, ESA Special Publication Vol. 560, 13th Cambridge Workshop on Cool Stars, Stellar Systems and the Sun. p. 571
• Gray D. F., 1981, APJ, 251, 155
• Gray D. F., 1982, JRASC, 76, 319, ADS
• Gray D. F., 1983, in Stenflo J. O., ed., IAU Symposium Vol. 102, Solar and Stellar Magnetic Fields: Origins and Coronal Effects. pp 461–465
• Gray D. F., Nagar P., 1985, APJ, 298, 756
• Gray D. F., Toner C. G., 1986, APJ, 310, 277
• Gray D. F., Toner C. G., 1987, ApJ, 322, 360
• Herbig G. H., Spalding J. F. J., 1953, PAPS, 65, 192
• Herbig G. H., Spalding John F. J., 1955, APJ, 121, 118
• Holgado G., Simón-Díaz S., Herrero A., Barbá R. H., 2022, A&A, 665, A150
• Howarth I. D., Siebert K. W., Hussain G. A. J., Prinja R. K., 1997, MNRAS, 284, 265
• Jeffers S. V., ve dig., 2018, A&A, 614, A76
• Jermyn A. S., Tout C. A., Chitre S. M., 2018, MNRAS, 480, 5427
• Koenigl A., 1991, ApJl, 370, L39
• Kraft R. P., 1967, ApJ, 150, 551
• Kraft R. P., Wilson O. C., 1965, APJ, 141, 828
• Krishnamurthi A., Pinsonneault M. H., Barnes S., Sofia S., 1997, APJ, 480, 303
• López-Valdivia R., ve dig., 2019, ApJ, 879, 105
• MacGregor K. B., Brenner M., 1991, ApJ, 376, 204
• Maeder A., 2009, Physics, Formation and Evolution of Rotating Stars. Springer Berlin Heidelberg, doi:10.1007/978-3-540-76949-1
• McAlister H. A., ve dig., 2005, ApJ, 628, 439
• Messina S., Desidera S., Turatto M., Lanzafame A. C., Guinan E. F., 2010, A&A, 520, A15
• Messina S., Desidera S., Lanzafame A. C., Turatto M., Guinan E. F., 2011, A&A, 532, A10
• Meynet G., Maeder A., 2000, A&A, 361, 101
• Mohanty S., Basri G., 2003, in Brown A., Harper G. M., Ayres T. R., eds, Cambridge Workshop on Cool Stars, Stellar Systems, and the Sun Vol. 12, The Future of Cool-Star Astrophysics: 12th Cambridge Workshop on Cool Stars, Stellar Systems, and the Sun. pp 683–688
• Rebull L. M., Stauffer J. R., Megeath S. T., Hora J. L., Hartmann L., 2006, ApJ, 646, 297
• Royer F., Gerbaldi M., Faraggiana R., Gómez A. E., 2002a, A&A, 381, 105
• Royer F., Grenier S., Baylac M. O., Gómez A. E., Zorec J., 2002b, A&A, 393, 897
• Royer F., Zorec J., Gómez A. E., 2007, A&A, 463, 671
• Rozelot J.-P., Neiner C., 2009, The Rotation of Sun and
• Stars, 1 edn. Lecture Notes in Physics, Springer Berlin, Heidelberg, doi:10.1007/978-3-540-87831-5, https://doi.org/ 10.1007/978-3-540-87831-5
• Schatzman E., 1962, Annales d’Astrophysique, 25, 18, ADS
• See V., Lu Y. L., Amard L., Roquette J., 2024, MNRAS, 533, 1290
• Serebriakova N., ve dig., 2023, A&A, 676, A85
• Shepard K., Gies D. R., Lester K. V., Wang L., Guo Z., Kaper L., De Koter A., Sana H., 2020, ApJ, 888, 82
• Simón-Díaz S., Herrero A., 2014, A&A, 562, A135
• Skumanich A., 1972, ApJ, 171, 565
• Slettebak A., Kusma T. J., 1979, in IAU Colloq. 47: Spectral Classification of the Future. p. 87
• Smith C. L., 2015, PhD thesis, Georgia State University
• Sun W., Li C., Deng L., de Grijs R., 2020, in Bragaglia A., Davies
• M., Sills A., Vesperini E., eds, IAU Symposium Vol. 351, Star Clusters: From the Milky Way to the Early Universe. pp 228–232 (arXiv:1908.06531), doi:10.1017/S1743921319006628
• Ud-Doula A., Owocki S. P., Townsend R. H. D., 2009, MNRAS, 392, 1022
• Weber E. J., Davis Leverett J., 1967, APJ, 148, 217
• Wolff S. C., Strom S. E., Hillenbrand L. A., 2004, ApJ, 601, 979
• Wolff S. C., Strom S. E., Dror D., Venn K., 2007, AJ, 133, 1092
• Zamanov R. K., Bode M. F., Melo C. H. F., Porter J., Gomboc A.,
• Konstantinova-Antova R., 2006, MNRAS, 365, 1215
• Zorec J., Royer F., 2012, A&A, 537, A120
• de Freitas D. B., Cavalcante F. J., Santiago T. M., 2022, EPL (Europhysics Letters), 140, 29001
• de Medeiros J. R., Da Rocha C., Mayor M., 1996, AAP, 314, 499,
• ud-Doula A., Owocki S. P., 2002, ApJ, 576, 413
• van den Heuvel E. P. J., 1968, Bull. Astron. Inst., 19, 309, ADS
• von Zeipel H., 1924, MNRAS, 84, 665