[論文レビュー] A detailed X-ray investigation of ζ Puppis III. A spectral analysis of the whole RGS spectrum

Anthony Hervé, G. Rauw+1 more|Open Repository and Bibliography (University of Liège)|Jan 22, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 32被引用数 33

ひとこと要約

本研究では、O4 Ief型星ζ PuppisのXMM-Newton RGSデータに対して、風の不均一性を考慮した複数温度プラズマモデルを用いて、全スペクトル解析を実施した。最良のフィットモデルには4つのプラズマ成分（0.10–0.69 keV）が必要であり、最も硬い放射は3–4 R∗で発生しており、多孔質構造の証拠は見つからず、これは小規模なクラスターを示唆する。導出された質量放出率（3.5×10⁻⁶ M⊙ yr⁻¹）およびCNO元素の過剰度は、最近のUV/光学研究と一致する。

ABSTRACT

Context. Zeta Pup is the X-ray brightest O-type star of the sky. This object was regularly observed with the RGS instrument aboard XMM-Newton for calibration purposes, leading to an unprecedented set of high-quality spectra. Aims. We have previously reduced and extracted this data set and combined it into the most detailed high-resolution X-ray spectrum of any early-type star so far. Here we present the analysis of this spectrum accounting for the presence of structures in the stellar wind. Methods. For this purpose, we use our new modeling tool that allows fitting the entire spectrum with a multi-temperature plasma. We illustrate the impact of a proper treatment of the radial dependence of the X-ray opacity of the cool wind on the best-fit radial distribution of the temperature of the X-ray plasma. Results. The best fit of the RGS spectrum of Zeta Pup is obtained assuming no porosity. Four plasma components at temperatures between 0.10 and 0.69 keV are needed to adequately represent the observed spectrum. Whilst the hardest emission is concentrated between ~3 and 4 R*, the softer emission starts already at 1.5 R* and extends to the outer regions of the wind. Conclusions. The inferred radial distribution of the plasma temperatures agrees rather well with theoretical expectations. The mass- loss rate and CNO abundances corresponding to our best-fit model also agree quite well with the results of recent studies of Zeta Pup in the UV and optical domain.

研究の動機と目的

• ζ Puppisの全高分解能RGSスペクトルを解析し、星風内のX線放射プラズマの径方向温度分布を特定すること。
• 風の不均一性（特にクラスタリングと多孔質構造）がX線スペクトルフィッティングおよび導出物理パラメータに与える影響を評価すること。
• 単一温度または均一風仮定と比較して、複数温度プラズマモデルがスペクトルフィットをどれほど改善するかをテストすること。
• UVおよび光学研究との不一致を解消するため、X線データから一貫性のある質量放出率および元素過剰度を導出すること。

提案手法

• 全RGSスペクトルをモデル化するため、複数温度プラズマ成分アプローチを用いた新しいスペクトルフィッティングツールを開発した。
• X線吸収の径方向依存性は、Owocki & Cohen (2006)のブリッジング則を用いて取り扱い、風構造効果による吸収を考慮した。
• X線放射プラズマの熱的構造を表現するため、4つの離散的温度成分（0.10–0.69 keV）をモデルに組み込んだ。
• 高温プラズマの充填率および速度則を、温度依存の放射効率および吸収率を考慮して、径方向に変化すると仮定した。
• 原子線強度は更新された原子データを用いて計算し、特にFe xviiなどのHe様三重項比に注目して、プラズマ状態を制約した。
• モデルは観測スペクトルに繰り返しフィットさせ、残差を最小化するように温度、過剰度、質量放出率を調整した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ζ PuppisのX線放射プラズマにおける温度の径方向分布は何か？理論的予想と比較するとどうなるか？
• RQ2 クラスタリングによる多孔質構造の存在がRGSスペクトルのフィットを顕著に改善するか？これはクラスターのサイズにどのような含意をもたらすか？
• RQ3 X線解析から導出された質量放出率およびCNO過剰度は、UVおよび光学研究とどのように一致するか？
• RQ4 単一温度モデルと比較して、複数温度プラズマモデルが観測されたX線ラインプロファイルをどれほどよく再現できるか？
• RQ5 スペクトルの不一致（例：17.1 Åおよび12.3–13 Å付近）は、高温度成分の欠落か、原子データの不確実性に起因するか？

主な発見

• 最良のフィットモデルには、0.10 keVから0.69 keVの間の4つの明確なプラズマ成分が必要であり、観測されたRGSスペクトルを再現できる。
• 最も硬いX線放射（kT ≈ 0.69 keV）は、3–4 R∗の狭い領域から発生しており、1次元流体力学的モデルと整合的である。
• やや軟らかい放射（kT ≈ 0.10–0.3 keV）は1.5 R∗から外側の風にまで広がっており、広範囲にわたる加熱を示唆する。
• 多孔質構造を含めてもフィットが改善せず、ζ Puppisの風クラスターは小規模であり、全スペクトルに顕著な影響を与えるほどに光学的厚さが薄いと示唆される。
• 導出された質量放出率は3.5×10⁻⁶ M⊙ yr⁻¹であり、最近のUVおよび光学研究と良好に一致する。
• モデルは炭素と酸素の欠乏および窒素の過剰度を示しており、風中にCNOサイクルを経た物質が存在することと整合的である。