[論文レビュー] Amplitudes of solar-like oscillations in red-giant stars: Evidences for non-adiabatic effects using CoRoT observations

R. Samadi, K. Belkacem+6 more|arXiv (Cornell University)|May 22, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 22

ひとこと要約

本研究は、CoRoTデータを用いて赤巨星星における太陽様振動の振幅を調査し、3次元流体力学的モデルと非断熱振動コードを用いてモードエネルギー供給率と強度-速度スケーリング関係を計算した。非断熱効果が理論と観測の乖離を顕著に低減することが判明したが、特に強度振幅においては40%の低減が依然として残っており、対流-振動結合の現在の理論的取り扱いの限界を示唆している。

ABSTRACT

A growing number of solar-like oscillations has been detected in red giant stars thanks to CoRoT and Kepler space-crafts. The seismic data gathered by CoRoT on red giant stars allow us to test mode driving theory in physical conditions different from main-sequence stars. Using a set of 3D hydrodynamical models representative of the upper layers of sub- and red giant stars, we computed the acoustic mode energy supply rate (Pmax). Assuming adiabatic pulsations and using global stellar models that assume that the surface stratification comes from the 3D hydrodynamical models, we computed the mode amplitude in terms of surface velocity. This was converted into intensity fluctuations using either a simplified adiabatic scaling relation or a non-adiabatic one. From L and M (the luminosity and mass), the energy supply rate Pmax is found to scale as (L/M)^2.6 for both main-sequence and red giant stars, extending previous results. The theoretical amplitudes in velocity under-estimate the Doppler velocity measurements obtained so far from the ground for red giant stars by about 30%. In terms of intensity, the theoretical scaling law based on the adiabatic intensity-velocity scaling relation results in an under-estimation by a factor of about 2.5 with respect to the CoRoT seismic measurements. On the other hand, using the non-adiabatic intensity-velocity relation significantly reduces the discrepancy with the CoRoT data. The theoretical amplitudes remain 40% below, however, the CoRoT measurements. Our results show that scaling relations of mode amplitudes cannot be simply extended from main-sequence to red giant stars in terms of intensity on the basis of adiabatic relations because non-adiabatic effects for red giant stars are important and cannot be neglected. We discuss possible reasons for the remaining differences.

研究の動機と目的

• 主系列星とは異なる物理的条件下における赤巨星星におけるモード駆動理論の検証。
• CoRoT観測を用いて、赤巨星におけるモード振幅の断熱スケーリング関係の妥当性の評価。
• 赤巨星の上部対流層における非断熱効果が、振幅予測に顕著に影響を与えるかどうかの特定。
• 理論的速度振幅と強度振幅を、CoRoTからの観測地震学的データと一致させる。
• 非断熱補正を施しても依然として理論と観測の間に残る乖離の原因の特定。

提案手法

• 亜巨星および赤巨星星の上部対流層を代表する3次元流体力学的モデルのグリッドを用いた。
• これらの3次元モデルを用いて、断熱的振動仮定の下で音響モードエネルギー供給率（P_max）を計算した。
• 3次元流体力学的結果から得られる表面構造を用いたグローバル星モデルを用い、表面速度振幅を計算した。
• 断熱的および非断熱的スケーリング関係を用いて、速度振幅を強度変動に変換した。
• MAD非断熱振動コードを用いて、非断熱的強度-速度関係を導出し、スケーリング指数k = 0.25 ± 0.05を得た。
• 強度振幅の理論的スケーリング則を、L/M、T_eff、および表面重力の関数として導出。p*′ = 1.63 ± 0.15とした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 断熱的仮定に基づいて計算された理論的振幅が、赤巨星星におけるCoRoT観測とどのように比較されるか。
• RQ2 赤巨星の上部対流層における非断熱効果が、モード振幅と星のパラメータとの間のスケーリング関係にどの程度の影響を与えるか。
• RQ3 なぜ断熱的強度-速度スケーリング関係は、赤巨星振動のCoRoT光度測定と一致しないのか。
• RQ4 非断熱的振動コード（MAD）を用いることで、赤巨星における理論的強度振幅予測にどのような影響が生じるか。
• RQ5 非断熱理論と観測されたCoRoT強度振幅との間に残る40%の乖離を説明する物理的要因は何か。

主な発見

• エネルギー供給率P_maxは、主系列星および赤巨星星の両方で(L/M)^2.6に比例し、以前の結果を拡張した。
• 赤巨星星における理論的速度振幅は、地上観測のドップラー速度測定値を約30%低く見積もっている。
• 断熱的強度-速度スケーリングは、観測と比較してCoRoT強度振幅を約2.5倍低く見積もっている。
• 非断熱的強度-速度関係を用いることで、CoRoTデータとの乖離は約1.5倍に減少したが、理論的振幅は依然として観測値の約40%低いままだった。
• 非断熱的強度振幅スケーリング則は、(δL/L)_max ∝ (L/M)^s/2+k に従い、s = 2.0 ± 0.1、k = 0.25 ± 0.05であり、T_effおよび表面重力の観点から総スケーリング指数p*′ = 1.63 ± 0.15が得られた。
• 残存する乖離は、対流-振動結合の現在の非断熱的取り扱いの限界および、基礎となるモデルで用いられる簡略化された混合長理論に起因するとされる。