[論文レビュー] Atmospheric dynamics in carbon-rich Miras. I. Model atmospheres and synthetic line profiles

W. Nowotny, B. Aringer+3 more|ArXiv.org|Mar 30, 2005

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 53被引用数 41

ひとこと要約

本稿では、炭素豘りMira星のための動的モデル大気を構築し、脈動駆動の速度場とLTE放射平衡輸送を組み合わせて、近赤外線の合成ラインプロファイルをシミュレートする。異なる大気層（深部光球層、ダスト形成領域、流出層）からのラインが、P Cygniプロファイルや非対称シフトを含む、定性的に正しい位相依存的プロファイル形状を生成することを示しており、AGB星の観測された運動学的複雑性を再現するモデルの能力を検証している。

ABSTRACT

Atmospheres of evolved AGB stars are heavily affected by pulsation, dust formation and mass loss, and they can become very extended. Time series of observed high-resolution spectra proved to be a useful tool to study atmospheric dynamics throughout the outer layers of these pulsating red giants. Originating at various depths, different molecular spectral lines observed in the near-infrared can be used to probe gas velocities there for different phases during the lightcycle. Dynamic model atmospheres are needed to represent the complicated structures of Mira variables properly. An important aspect which should be reproduced by the models is the variation of line profiles due to the influence of gas velocities. Based on a dynamic model, synthetic spectra (containing CO and CN lines) were calculated, using an LTE radiative transfer code that includes velocity effects. It is shown that profiles of lines that sample different depths qualitatively reproduce the behaviour expected from observations.

研究の動機と目的

• 炭素豘りMira星の大気の複雑な動的挙動（脈動、ダスト形成、質量放出）をモデル化すること。
• 高分解能近赤外線スペクトルにおける時間変動するラインプロファイルを再現する課題に取り組むこと。これは、異なる大気深さにおけるガスの運動を反映している。
• 速度依存の放射平衡輸送を有する動的モデル大気によって、CO や CN などの分子ラインの観測された挙動を定性的に再現できるかどうかを検証すること。
• 一貫したフレームワークを確立し、変化する速度構造を持つ単一の大気モデルを用いて、複数の位相におけるスペクトル変動をシミュレートすること。
• 次に続く論文（論文II）で追求されているFTSスペクトルとの直接比較の基盤を提供すること。

提案手法

• Höfner ら（2003）の流体力学的モデルに基づく動的モデル大気を構築し、大気層全体にわたる脈動駆動の速度場と密度構造を組み込む。
• 局所熱力学的平衡（LTE）放射平衡輸送コードを適用し、速度効果を含めた合成スペクトルをモデル大気から計算する。
• 異なる振動遷移（Δv = 1, 2, 3）と励起準位を持つCOおよびCN分子遷移の合成ラインプロファイルを計算し、異なる大気深さを調べる。
• 光学厚さと速度構造のプロットを用いて、異なるラインの形成領域を特定し、観測されたプロファイル形状と大気層を関連付ける。
• 脈動周期全体（φ_bol = 0.0 から 1.0）にわたる合成プロファイルを比較し、時間的変化とプロファイル形状の変化を評価する。
• S Cep などの炭素豘りMira星の観測スペクトルと比較することで、モデルの妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 脈動するMira星の大気における速度場は、近赤外線における分子吸収ラインの形状とシフトにどのように影響するか？
• RQ2 一貫した動的モデル大気は、異なる大気深さに由来するCOおよびCNラインの観測されたプロファイル行動の多様性を再現できるか？
• RQ3 速度依存の放射平衡輸送を用いた合成ラインプロファイルは、炭素豘りMira星の高分解能スペクトルにおける観測された時間的変動とどの程度一致するか？
• RQ4 ダスト形成領域は、低励起CO Δv = 2ラインのプロファイル形状にどのような役割を果たすか？
• RQ5 なぜ高分解能観測では、現在のモデルで完全に捉えきれていないライン二重化やサブストラクチャーがしばしば観測されるのか？

主な発見

• 深部光球層（CO Δv = 3、CO Δv = 2 高励起、CN Δv = –2）からのラインは、非対称形状や位相依存的シフトを含み、観測と定性的に一致する時間変動するプロファイルを示す。
• CO Δv = 2 低励起ラインは、ダスト形成領域で形成され、ショック波や風加速の影響を受けて、わずかに青シフトした重心と、複雑で不規則に変化する広帯プロファイルを示す。
• CO Δv = 1 ラインは、安定した流出領域で形成され、位相に関係なく一貫してP Cygni型プロファイルを示し、深く青シフトした吸収と赤シフトした発光を特徴とする。
• 放射平衡輸送に速度効果を組み込むことが、観測されたラインプロファイル形状を再現する上で不可欠である。静的モデルでは、非対称的かつ時間変動する特徴を捉えることができない。
• モデルは、脈動する内層からダスト殻、流出層に至るまでの全体的な速度構造を成功裏に再現しており、観測された大気力学的挙動と整合的であることを確認した。
• ライン二重化の強度には、観測と比較してモデルで弱めに現れる乖離が残っており、これはモデルの速度構造または光学厚さ処理に限界がある可能性を示唆している。