[論文レビュー] A Grid of FASTWIND NLTE Model Atmospheres of Massive Stars

K. Lefever, J. Puls+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、FASTWINDコードを用いて計算された、質量の大きなB型星のための包括的で均一な264,915個の非局所熱力学的平衡（NLTE）モデル大気のグリッド、BSTAR06を提示する。このグリッドは、有効温度10,000 Kから32,000 K、重力加速度log g = 4.5からEddington限界に近い範囲をカバーし、ヘリウムおよびケイ素の含有量を変化可能としている。これにより、T_eff、log g、質量放出率、風パラメータに敏感な合成スペクトルを提供し、特にCOROTミッションで観測された大規模な質量の大きな星のサンプルの自動的かつ高精度な分光分析が可能になる。

ABSTRACT

In the last few years our knowledge of the physics of massive stars has improved tremendously. However, further investigations are still needed, especially regarding accurate calibrations of their fundamental parameters. To this end, we have constructed a comprehensive grid of NLTE model atmospheres and corresponding synthetic spectra in the massive star domain. The grid covers the complete B type spectral range, extended to late O on the hot side and early A on the cool side, from supergiants to dwarfs and from weak stellar winds to very strong ones. It has been calculated with the latest version of the FASTWIND code. The analysis of an extensive sample of OB stars in the framework of the COROT space mission will lead to accurate calibrations of effective temperatures, gravities, mass loss rates etc. This paper contains a detailed description of the grid, which has been baptised as BSTAR06 and which will be available for further research in the near future.

研究の動機と目的

• B型の質量の大きな星のための包括的で均一なモデル大気の不足が、T_eff、log g、質量放出率といった基本的パラメータの正確なキャリブレーションを妨げているという問題に対処すること。
• 特にCOROTミッションで観測された大規模な質量の大きな星の分光的分析を支援するため、合成スペクトルの高密度で体系的なグリッドを提供すること。
• 良好にキャリブレートされたモデルグリッドを用いた自動線プロファイルフィッティングにより、星のパラメータの決定精度と効率を向上させること。
• 主系列から超巨星に至るB型星の全範囲、弱い風から強い風に至る範囲をカバーし、一貫した物理的仮定を採用すること。
• 今後の質量の大きな星の天文学的研究のための公開可能で高精度なリソース（BSTAR06）を提供すること。

提案手法

• グリッドは、線幅付きの球対称な星の外層における非局所熱力学的平衡（NLTE）状態の放射線輸送と統計的平衡方程式を解く最新版のFASTWINDコードを用いて計算された。
• モデルグリッドは、33個の有効温度ポイント（10,000–32,000 K）をカバーし、20,000 K未満では500 Kのステップ、20,000 K以上では1,000 Kのステップをとる。各T_effに対して28個の重力ポイント（log g = 4.5から0.8×L_Eddまで0.1 dex刻み）を有する。
• 各(T_eff, log g)ポイントに対して、星の進化軌道から代表的な半径と質量が導出され、星の進化モデルと整合性を保った。
• 化学組成には、ヘリウム/水素比（He/H）を0.10、0.15、0.20の3値で変化可能とし、他の元素はすべて太陽系組成（Asplund et al. 2005）を仮定した。
• 主な診断線として、HおよびHe I/II、およびSi II、III、IVの合成スペクトルを計算した。特にT_effの決定に用いるSi II 4128、Si III 4552、Si IV 4116のラインを重点的に取り扱った。
• 観測された線プロファイル（例：Hγの翼部はlog gの診断、HαのP Cygniプロファイルは風パラメータの診断）を、パラメータ空間全域の合成プロファイルにフィットさせることで、自動的かつ高精度なパラメータ推定が可能になる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高密度で均一なNLTEモデル大気グリッドは、質量の大きなB型星の基本的パラメータ推定の精度をどのように向上させるか？
• RQ2 Si II、Si III、Si IVラインの組み合わせは、B型星の全範囲にわたり有効温度をどの程度正確に制約できるか？
• RQ3 HγとHαの線プロファイルは、それぞれ表面重力と風パラメータ（Ṁ、v∞、β）の変化に対してどのように応答するか？
• RQ4 He IとHe IIラインの組み合わせは、温度とヘリウム含有量の両方を信頼できる診断として提供できるか？
• RQ5 合成モデルグリッドを用いた大規模星のサンプルの分光的分析を自動化する最適な戦略は何か？

主な発見

• BSTAR06グリッドは、有効温度10,000–32,000 K、重力加速度log g = 4.5から0.8×L_Edd、ヘリウム含有量（He/H = 0.10–0.20）と可変なケイ素含有量をカバーする264,915個のモデルを含む。
• Si II、Si III、Si IVラインは、温度に反比例する強い等価幅（EW）の傾向を示し、B型星の全範囲にわたりT_effの明確な決定が可能になる。
• Hγラインの翼部は重力に非常に敏感であり、ケイ素ラインによるT_effの固定後、log gの主な診断として有用である。
• Hαプロファイルは風パラメータ（log Q（風の強度）、β（速度法則指数）、v∞（最終速度））に強く影響を受けるため、質量放出率の診断に最適である。
• He IとHe IIラインは補完的診断として機能する：He Iは低温域でT_effに最も感受性が高く、高温域ではHe IIが支配的となり、両者ともヘリウム含有量の制約に寄与する。
• このグリッドにより、パラメータの感受性を合成プロファイルフィッティングアルゴリズムに変換することで、自動的かつ高精度な分光的分析パイプラインの開発が可能になる。