[論文レビュー] Abundances of massive stars: some recent developments

T. Morel|ArXiv.org|Nov 25, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、質量の大きな初期型星における元素組成分析の最近の進展をレビューし、近接するOB星が太陽値や隕石値よりも一般的にC、Al、Siの金属量が低いことが明らかになった。モデルの改善にもかかわらずこの乖離は続くため、組成決定や天体物理学的仮定に問題がある可能性があり、銀河および大・小マジアン雲における観測されたCNO表面組成を再現できない現在の進化モデルに挑戦する。

ABSTRACT

Thanks to their usefulness in various fields of astrophysics (e.g. mixing processes in stars, chemical evolution of galaxies), the last few years have witnessed a large increase in the amount of abundance data for early-type stars. Two intriguing results emerging since the last reviews on this topic will be discussed: (a) nearby OB stars exhibit metal abundances generally lower than the solar/meteoritic estimates; (b) evolutionary models of single objects including rotation are largely unsuccessful in explaining the CNO properties of stars in the Galaxy and in the Magellanic clouds.

研究の動機と目的

• 太陽および隕石組成と比較して、近くの未発達なOB星の化学組成を評価すること。
• 標準的進化モデル（回転を含む）の予測と、質量の大きな星における観測された表面組成との間の乖離を調査すること。
• 高度なモデル大気およびスペクトル合成技術を用いて、高温の初期型星における組成決定の信頼性を評価すること。
• 低金属量環境における脈動モデルおよび星の進化理論に、低金属量が及える影響を検討すること。
• 特に高速回転星および低金属量環境における、組成分析の未解決問題を特定すること。

提案手法

• 正確な大気パラメータおよび元素組成を導出するため、非局所熱力学平衡（NLTE）モデル大気を用いた高分解能分光法。
• C、N、OおよびFeピーク元素に対して、線の重ね合わせや非局所熱力学平衡効果を考慮するためのスペクトル合成技術の使用。
• 強力な星風を示す星に適した統一的モデル大気（例：CMFGEN、FASTWIND）の適用。
• Asplund et al. (2005) や Grevesse & Sauval (1998) による太陽および隕石基準値と観測組成を比較。
• 特にLMCおよびSMCのような低金属量環境において、詳細な組成パターンを理論的脈動および進化コードに組み込む。
• Hertzsprung-Russell図およびvsiniとの関係における[N/C]比の分析を通じて、混合過程および進化状態を調査。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ近接するOB星は、最新の太陽および隕石値と比較して、C、Al、Siの組成が一貫して低いのであろうか？
• RQ2 回転を含む現在の進化モデルは、銀河およびマジアン雲における質量の大きな星の観測されたCNO表面組成をどの程度再現できないのであろうか？
• RQ3 モデル大気、線形成処理、微乱流速度の不確実性が、高温星における組成決定にどの程度影響を及えるのであろうか？
• RQ4 2つの明確な星の集団（ゆっくり回転するNが豊富な矮星と、通常のNを示す高速回転星）が存在する原因は何か？これは回転混合の役割に疑問を呈する。
• RQ5 改善されたモデル原子、温度スケール、または非局所熱力学平衡補正によって、観測された組成の乖離を解消できるのであろうか？

主な発見

• Asplund et al. (2005) の太陽値と比較して、近接するOB星におけるC、Al、Siの平均組成は顕著に低く、改善された分析技術にもかかわらず、複数の研究でその乖離が継続している。
• イオニゼートガスからの推定によるオリオン星雲の金属量は、新しい太陽組成とよく一致しており、質量の大きな星の組成が系として低く見積もられているのではなく、太陽が異常であるのではなく、という仮説を支持する。
• 高度なNLTEモデル大気および高分解能スペクトルを用いても、組成の乖離は解消されておらず、モデル原子や温度スケールに問題がある可能性を示唆している。
• β Cephei星の表面組成は、脈動を示さないB0–B3型星と区別がつかないが、一部はNが豊富で、深く混合されたことを示しており、これは脈動モード励起に影響を及える可能性がある。
• 回転を含む進化モデルは、銀河およびマジアン雲の両方で観測されたCNO表面組成を再現できないため、混合過程に関する理解に根本的なギャップがあることを示している。
• 2つの異常な集団が観測された：ゆっくり回転するNが豊富な矮星（混合の増強または角運動量損失を示唆）と、LMCで高速回転するNが通常の星（連星相互作用または代替の混合機構を示唆）