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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:kobv:517-opus-37223
URL: http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2009/3722/


Liermann, Adriane

Massive stars in the Galactic Center Quintuplet cluster

Massereiche Sterne im Galaktischen Zentrum - der Quintuplet-Sternhaufen

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Dokument 1.pdf (4.005 KB) (SHA-1:48149f18ad81cd5f7d6c4e0b3a5c2e950ad97110)


Kurzfassung in Englisch

The presented thesis describes the observations of the Galactic center Quintuplet cluster, the spectral analysis of the cluster Wolf-Rayet stars of the nitrogen sequence to determine their fundamental stellar parameters, and discusses the obtained results in a general context.

The Quintuplet cluster was discovered in one of the first infrared surveys of the Galactic center region (Okuda et al. 1987, 1989) and was observed for this project with the ESO-VLT near-infrared integral field instrument SINFONI-SPIFFI. The subsequent data reduction was performed in parts with a self-written pipeline to obtain flux-calibrated spectra of all objects detected in the imaged field of view. First results of the observation were compiled and published in a spectral catalog of 160 flux-calibrated $K$-band spectra in the range of 1.95 to 2.45\,$\mu$m, containing 85 early-type (OB) stars, 62 late-type (KM) stars, and 13 Wolf-Rayet stars. About 100 of these stars are cataloged for the first time.

The main part of the thesis project was concentrated on the analysis of the WR stars of the nitrogen sequence and one further identified emission line star (Of/WN) with tailored Potsdam Wolf-Rayet (PoWR) models for expanding atmospheres (Hamann et al. 1995) that are applied to derive the stellar parameters of these stars. For this purpose, the atomic input data of the PoWR models had to be extended by further line transitions in the near-infrared spectral range to enable adaequate model spectra to be calculated. These models were then fitted to the observed spectra, revealing typical paramters for this class of stars.

A significant amount of hydrogen of up to $X_\text{H} \sim 0.2$ by mass fraction is still present in their stellar atmospheres. The stars are also found to be very luminous ($\log{(L/L_\odot)} > 6.0$) and show mass-loss rates and wind characteristics typical for radiation-driven winds. By comparison with stellar evolutionary models (Meynet \& Maeder 2003a; Langer et al. 1994), the initial masses were estimated and indicate that the Quintuplet WN stars are descendants from the most massive O stars with $M_\text{init} > 60 M_\odot$ and their ages correspond to a cluster age of 3-5\,million years.

The analysis of the individual WN stars revealed an average extinction of $A_K =3.1 \pm 0.5$\,mag ($A_V = 27 \pm 4$) towards the Quintuplet cluster. This extinction was applied to derive the stellar luminosities of the remaining early-type and late-type stars in the catalog and a Hertzsprung-Russell diagram could be compiled. Surprisingly, two stellar populations are found, a group of main sequence OB stars and a group of evolved late-type stars, i.e. red supergiants (RSG). The main sequence stars indicate a cluster age of 4 million years, which would be too young for red supergiants to be already present. A star formation event lasting for a few million years might possibly explain the Quintuplet's population and the cluster would still be considered coeval. However, the unexpected and simultaneous presence of red supergiants and Wolf-Rayet stars in the cluster points out that the details of star formation and cluster evolution are not yet well understood for the Quintuplet cluster.

Kurzfassung in Deutsch

Die vorgelegte Arbeit befasst sich mit der Spektralanalyse der massereichen Sterne, speziell der Wolf-Rayet Sterne der Stickstoffsequenz, des Quintuplet-Sternhaufens im Galaktischen Zentrum, welches durch Staubwolken vor visuellen Beobachtungen verborgen ist. Der Sternhaufen wurde in einer der ersten Infrarot-Durchmusterungen entdeckt (Okuda et al. 1987, 1989) und f\"ur dieses Projekt mit dem Gro\ssteleskop ESO-VLT und dem Infrarotinstrument SINFONI-SPIFFI beobachtet. Die Daten wurden aufbereitet und die flusskalibrierten Spektren in einem Katalog ver\"offentlicht. Darin enthalten sind 85 Sterne fr\"uhen Spektraltyps (O- und B-Sterne), 62 Sterne sp\"aten Spektraltyps (K- und M-Sterne), sowie 13 Wolf-Rayet Sterne. Etwa 100 Sterne sind zum ersten mal detektiert und katalogisiert worden.

Die flusskalibrierten Spektren der Wolf-Rayet Sterne der Stickstoffsequenz (WN) wurden mit den Potsdam Wolf-Rayet Modellen f\"ur expandierende Sternatmosph\"aren (Hamann et al. 1995) untersucht, wozu zun\"achst Atomdaten der Modelle f\"ur den Infrarotbereich erg\"anzt werden mussten. Verschiedene Modellspektren und -energieverteilungen wurden mit den Beobachtungen verglichen, um die Sternparameter Temperatur, Radius, Leuchtkraft und die Charakteristik des Sternwinds Geschwindigkeit, chemische Zusammensetzung und Massenverlustrate zu bestimmen. Der ermittelte hohe Wasserstoffgehalt der Winde der WN-Sterne zeigt, dass sie Abk\"ommlinge von massereichen O-Sternen sind, die die Hauptreihe verlassen haben. Desweiteren sind die Sterne sehr leuchtkr\"aftig ($\log(L/L_\odot) > 6$) und zeigen Massenverlustraten, die typisch sind f\"ur strahlungsgetriebenen Sternwinde. Im Vergleich mit Sternentwicklungsmodellen (Meynet \& Maeder 2003a; Langer et al. 1994) ergeben sich Anfangsmassen von $M_\text{init}>60\,M_\odot$, sowie ungef\"ahre Sternalter von 3-5 Millionen Jahren f\"ur die WN-Sterne, was dem angenommenen Altern des Quintuplet-Haufens entspricht.

Durch die Analyse der spektralen Energieverteilungen der einzelnen WN-Sterne konnte eine mittlere interstellare Extinktion von $A_K =3.1 \pm 0.5$\,mag ($A_V = 27 \pm 4$\,mag) in der Richtung des Quintuplet-Haufens ermittelt und f\"ur die Bestimmung der Leuchtkr\"afte der verbleibenden Sterne des Katalog verwendet werden. Die anschlie\ss ende vorl\"aufige Analyse ergab eine Dichotomie der Sternpopulation von fr\"uhen und sp\"aten Sternen im Hertzsprung-Russell-Diagramm. W\"ahrend die OB-Sterne entsprechend der Entwicklungstheorie auf der Hauptreihe des Haufens liegen, befinden sich die KM-Sterne im entwickelten Stadium der Roten Riesen, welches f\"ur Sterne diesen Typs fr\"uhestens nach 7 Millionen Jahren erwartet wird. Somit steht die zeitgleiche Entstehung aller Sterne des Sternhaufens in Frage. Sie wird im Rahmen von Haufenzugeh\"origkeit und einer Phase ausgedehnter Sternentstehung diskutiert.
Es bleibt anzuerkennen, dass die Sternentstehung und -entwicklung auch im speziellen Fall des Quintuplet-Haufens noch nicht hinreichend gut verstanden sind.

Freie Schlagwörter (Deutsch): Galaktisches Zentrum , massereiche Sterne , Sternatmosphären , Sternentwicklung
Freie Schlagwörter (Englisch): Galactic center , Quintuplet cluster , massive stars , stellar atmospheres , stellar evolution
RVK - Regensburger Verbundklassifikation: US 1080 , US 3200
Institut: Institut für Physik und Astronomie
Fakultät: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
DDC-Sachgruppe: Astronomie
Dokumentart: a Dissertation
Hauptberichter: Hamann, Wolf-Rainer (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 18.09.2009
Erstellungsjahr: 2009
Publikationsdatum: 18.11.2009
Bemerkung: PACS-Classification: 97.10.Me , 97.10.Cv , 87.23.-n s , 97.10.Ri
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