[論文レビュー] Amplitudes of stochastically excited oscillations in main-sequence stars

G. Houdek, Neil J. Balmforth+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用数 46

ひとこと要約

本稿では、乱流圧力および対流熱フラックスを含む非局所的で時間に依存する混合長モデルを用いて、主系列星における確率的励振された径方向振動の振幅を計算している。振幅は星の質量とともに増加し、1.6 M☉（F2スペクトル型）で最大値を示し、太陽と比べて速度が約15倍に達する。これは、太陽様振動の主要因として確率的励振が支配的であることを支持する。

ABSTRACT

We present estimates of the amplitudes of intrinsically stable stochastically excited radial oscillations in stars near the main sequence. The amplitudes are determined by the balance between acoustical energy generation by turbulent convection (the Lighthill mechanism) and linear damping. Convection is treated with a time-dependent, nonlocal, mixing-length model, which includes both convective heat flux and turbulent pressure in both the equilibrium model and the pulsations. Velocity and luminosity amplitudes are computed for stars with masses between 0.9 M_\sun and 2.0 M_\sun in the vicinity of the main sequence, for various metallicities and convection parameters. As in previous studies, the amplitudes are found to increase with stellar mass, and therefore with luminosity. Amongst those stars that are pulsationally stable, the largest amplitudes are predicted for a 1.6 M_\sun model of spectral type F2; the values are approximately 15 times larger than those measured in the Sun.

研究の動機と目的

• 主系列近傍の内在的に安定な確率的励振されたpモードの振幅を推定すること。
• 対流、特に乱流圧力および対流熱フラックスが、励振と減衰のバランスに与える影響を調査すること。
• 確率的励振の文脈において、振動振幅が星の質量、金属量、対流パラメータにどのように依存するかを特定すること。
• 予測された振幅と観測値を比較することで、確率的励振機構が太陽様振動の主因であることを検証すること。
• 脈動的に安定なモードが観測可能な振幅に励振される、ヘルツシュプラング＝ラッセル図上の領域を特定すること。

提案手法

• 平衡状態および振動計算の両方で、乱流圧力および対流熱フラックスを含む時間に依存する非局所的混合長モデルを採用した。
• 2次精度のニュートン・ラプソン＝カンタロビッチ法を用いて線形化された振動方程式を解き、固有関数と固有値を同時に計算した。
• 非断熱系を完成させるために準断熱近似を適用し、断熱固有関数を試行解として用いた。
• 境界条件として、温度最小値における完全反射表面および包層下部における断熱的で変位がゼロの条件を課した。
• 平衡状態および振動モデルの両方で、放射移動にEddington近似を用い、放射的減衰およびエネルギー交換を扱った。
• 乱流対流による確率的励振（Lighthillのメカニズムを介して）と線形減衰のバランスを取ることで、減衰率および振幅を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 主系列星における確率的励振された径方向振動の振幅は、星の質量および光度にどのように依存するか？
• RQ2 乱流圧力および対流熱フラックスが、太陽様星の脈動の安定性および振幅に果たす役割は何か？
• RQ3 主系列近傍のどの星のモデルが、確率的励振によって最大の観測可能な振動振幅を示すか？
• RQ4 異なる金属量および対流パラメータは、pモードの予測振幅にどのように影響するか？
• RQ5 予測された振幅は観測値とどの程度一致するか。特に太陽と比較して。

主な発見

• 確率的励振された径方向振動の振幅は、星の質量および光度とともに増加し、従来の理論的予想と整合的である。
• 予測された最大の速度振幅は、スペクトル型F2の1.6 M☉モデルで、太陽の観測値と比べて約15倍に達する。
• モデルは、非局所的対流取り扱いに乱流圧力および対流熱フラックスを含めると、径方向モードが安定であることを確認した。
• 対流モデルに乱流圧力を含めることで、それらを無視したモデルと比較して、減衰率および振幅予測に顕著な影響を与える。
• 観測値とのオーダーの一致を踏まえると、結果は確率的励振機構が太陽様振動の主因であることを支持する。
• 本研究では、確率的励振された振動が最も顕著に現れる、ヘルツシュプラング＝ラッセル図上の明確な領域を同定した。ピークは1.6 M☉およびF2スペクトル型で発生する。