The Relationship Between Spectral Type and Stellar Rotation

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

1. Abdul-Masih M., 2023, A&A, 669, L11
2. Abt H. A., Morrell N. I., 1995, APJS, 99, 135
3. Abt H. A., Tan H., Zhou H., 1997, ApJ, 487, 365
4. Armitage P. J., Clarke C. J., 1996, MNRAS, 280, 458
5. Barnes S., Sofia S., Pinsonneault M., 2001, ApJ, 548, 1071
6. Barnes S. A., Weingrill J., Fritzewski D., Strassmeier K. G., Platais I., 2016, APJ, 823, 16
7. Bodensteiner J., ve dig., 2023, A&A, 680, A32
8. 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

9. Britavskiy N., ve dig., 2023, aa, 672, A22
10. Chabrier G., Baraffe I., 1997, A&A, 327, 1039
11. Chang S. W., Protopapas P., Kim D. W., Byun Y. I., 2013, AJ, 145, 132
12. Che X., ve dig., 2011, ApJ, 732, 68
13. Cieza L., Baliber N., 2007, ApJ, 671, 605
14. Collier Cameron A., Campbell C. G., 1993, AaA, 274, 309
15. Costa G., Girardi L., Bressan A., Marigo P., Rodrigues T. S., ChenY., Lanza A., Goudfrooij P., 2019, MNRAS, 485, 4641
16. Crossfield I. J. M., 2014, A&A, 566, A130
17. Cutispoto G., Pastori L., Pasquini L., de Medeiros J. R., Tagliaferri G., Andersen J., 2002, A&A, 384, 491
18. D’Antona F., Milone A. P., Tailo M., Ventura P., Vesperini E., di Criscienzo M., 2017, Nature Astronomy, 1, 0186
19. De Medeiros J. R., Mayor M., 1999, A&AS, 139, 433
20. De Medeiros J. R., Udry S., Burki G., Mayor M., 2002a, A&A, 395, 97
21. De Medeiros J. R., Da Silva J. R. P., Maia M. R. G., 2002b, ApJ, 578, 943
22. De Medeiros J. R., Udry S., Mayor M., 2004, A&A, 427, 313
23. De Medeiros J. R., Alves S., Udry S., Andersen J., Nordström B., Mayor M., 2014, A&A, 561, A126
24. Delfosse X., Forveille T., Perrier C., Mayor M., 1998, AAA, 331, 581
25. Deshpande R., ve dig., 2013, AJ, 146, 156
26. Durney B., 1972, ApSS, 17, 489
27. Fan Y., 2021, Living Reviews in Solar Physics, 18, 5
28. Gallet F., Bouvier J., 2013, A&A, 556, A36
29. 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
30. Gray D. F., 1981, APJ, 251, 155
31. Gray D. F., 1982, JRASC, 76, 319, ADS
32. 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
33. Gray D. F., Nagar P., 1985, APJ, 298, 756
34. Gray D. F., Toner C. G., 1986, APJ, 310, 277
35. Gray D. F., Toner C. G., 1987, ApJ, 322, 360
36. Herbig G. H., Spalding J. F. J., 1953, PAPS, 65, 192
37. Herbig G. H., Spalding John F. J., 1955, APJ, 121, 118
38. Holgado G., Simón-Díaz S., Herrero A., Barbá R. H., 2022, A&A, 665, A150
39. Howarth I. D., Siebert K. W., Hussain G. A. J., Prinja R. K., 1997, MNRAS, 284, 265
40. Jeffers S. V., ve dig., 2018, A&A, 614, A76
41. Jermyn A. S., Tout C. A., Chitre S. M., 2018, MNRAS, 480, 5427
42. Koenigl A., 1991, ApJl, 370, L39
43. Kraft R. P., 1967, ApJ, 150, 551
44. Kraft R. P., Wilson O. C., 1965, APJ, 141, 828
45. Krishnamurthi A., Pinsonneault M. H., Barnes S., Sofia S., 1997, APJ, 480, 303
46. López-Valdivia R., ve dig., 2019, ApJ, 879, 105
47. MacGregor K. B., Brenner M., 1991, ApJ, 376, 204
48. Maeder A., 2009, Physics, Formation and Evolution of Rotating Stars. Springer Berlin Heidelberg, doi:10.1007/978-3-540-76949-1
49. McAlister H. A., ve dig., 2005, ApJ, 628, 439
50. Messina S., Desidera S., Turatto M., Lanzafame A. C., Guinan E. F., 2010, A&A, 520, A15
51. Messina S., Desidera S., Lanzafame A. C., Turatto M., Guinan E. F., 2011, A&A, 532, A10
52. Meynet G., Maeder A., 2000, A&A, 361, 101
53. 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
54. Rebull L. M., Stauffer J. R., Megeath S. T., Hora J. L., Hartmann L., 2006, ApJ, 646, 297
55. Royer F., Gerbaldi M., Faraggiana R., Gómez A. E., 2002a, A&A, 381, 105
56. Royer F., Grenier S., Baylac M. O., Gómez A. E., Zorec J., 2002b, A&A, 393, 897
57. Royer F., Zorec J., Gómez A. E., 2007, A&A, 463, 671
58. Rozelot J.-P., Neiner C., 2009, The Rotation of Sun and
59. 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
60. Schatzman E., 1962, Annales d’Astrophysique, 25, 18, ADS
61. See V., Lu Y. L., Amard L., Roquette J., 2024, MNRAS, 533, 1290
62. Serebriakova N., ve dig., 2023, A&A, 676, A85
63. Shepard K., Gies D. R., Lester K. V., Wang L., Guo Z., Kaper L., De Koter A., Sana H., 2020, ApJ, 888, 82
64. Simón-Díaz S., Herrero A., 2014, A&A, 562, A135
65. Skumanich A., 1972, ApJ, 171, 565
66. Slettebak A., Kusma T. J., 1979, in IAU Colloq. 47: Spectral Classification of the Future. p. 87
67. Smith C. L., 2015, PhD thesis, Georgia State University
68. Sun W., Li C., Deng L., de Grijs R., 2020, in Bragaglia A., Davies
69. 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
70. Ud-Doula A., Owocki S. P., Townsend R. H. D., 2009, MNRAS, 392, 1022
71. Weber E. J., Davis Leverett J., 1967, APJ, 148, 217
72. Wolff S. C., Strom S. E., Hillenbrand L. A., 2004, ApJ, 601, 979
73. Wolff S. C., Strom S. E., Dror D., Venn K., 2007, AJ, 133, 1092
74. Zamanov R. K., Bode M. F., Melo C. H. F., Porter J., Gomboc A.,
75. Konstantinova-Antova R., 2006, MNRAS, 365, 1215
76. Zorec J., Royer F., 2012, A&A, 537, A120
77. de Freitas D. B., Cavalcante F. J., Santiago T. M., 2022, EPL (Europhysics Letters), 140, 29001
78. de Medeiros J. R., Da Rocha C., Mayor M., 1996, AAP, 314, 499,
79. ud-Doula A., Owocki S. P., 2002, ApJ, 576, 413
80. van den Heuvel E. P. J., 1968, Bull. Astron. Inst., 19, 309, ADS
81. von Zeipel H., 1924, MNRAS, 84, 665