[論文レビュー] Atmospheric dynamics in carbon-rich Miras. II. Models meet observations

W. Nowotny, T. Lebzelter+2 more|ArXiv.org|Mar 30, 2005

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 30被引用数 31

ひとこと要約

本研究では、動的モデル大気と高分解能近赤外分光法を組み合わせて、特にS Cepを対象に、炭素豊富なミラ星における大気力学をシミュレートおよび比較した。モデルは、人工的な静的層を必要とせずに、観測された線幅形状と径方向速度の変動を再現でき、CO Δv = 3線について観測された径方向速度と真のガス速度の間の補正係数p ≈ 1.36を導出した。

ABSTRACT

Originating in different depths of the very extended atmospheres of AGB stars, various molecular spectral lines observable in the near-infrared show diverse behaviours and can be used to probe atmospheric dynamics throughout the outer layers of these pulsating red giants. In Nowotny et al. (2005, Paper I) time series of synthetic high-resolution spectra were presented, computed from a dynamic model atmosphere for a typical carbon-rich Mira. In this work, line profile shapes, their variations during the lightcycle and radial velocities derived from wavelength shifts are analyzed and compared with results from observed FTS spectra of the C-rich Mira S Cep and other Miras. It is found that the global velocity structure of the model is in qualitative agreement with observations. Radial velocities of molecular lines sampling different layers behave comparably, although some differences are apparant concerning absolute values. A correction factor of p=1.36 between measured RVs and actual gas velocities is derived for CO dv=3 lines. It is shown that dynamic model atmospheres are capable of reproducing Mira spectra without introducing an additional ''static layer'' proposed by several authors.

研究の動機と目的

• 炭素豊富なミラ星、特にS Cepの観測された高分解能近赤外分光スペクトルに対して、動的モデル大気を検証すること。
• 観測された径方向速度とモデル予測のガス速度の間の系統的ずれを定量化することで、その乖離を解消すること。
• 動的モデルが、人工的な静的大気層を仮定せずに、脈動するAGB星における複雑な速度構造を再現できるかどうかを検証すること。
• 合成スペクトルが、異なる分子遷移において観測された線幅形状と径方向速度曲線とどれほど一致するかを評価すること。
• 動的モデルが、脈動駆動の衝撃波からダスト駆動の風に至るまで、大気力学の全範囲を捉える可能性を評価すること。

提案手法

• 脈動と放射線輸送に加え、速度依存効果を含む動的モデル大気を用いて、合成高分解能スペクトルを計算した。
• 分光解像度と信号対雑音比を模擬した観測条件を想定し、合成スペクトルから線幅形状と径方向速度シフトを導出した。
• S Cepの観測FTSスペクトル（R ≈ 70,000、S/N ≈ 50）を、合成データとの比較の基準として用いた。
• 地球の運動および重心系径方向速度の補正を施した上で、合成および観測スペクトルからの波長シフトを用いて径方向速度を測定した。
• 先行観測研究で用いられた手法を模倣するため、CN線（Δv = –2）に対して交差相関法を適用した。
• 観測された径方向速度（例：CO Δv = 3）とモデル内の真のガス速度を比較することで、系統的ずれを補正するための補正係数（p）を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 動的モデル大気は、S Cepのような炭素豊富なミラ星における分子線の観測された径方向速度曲線を定量的に再現できるか？
• RQ2 合成線幅形状が、S Cepの高分解能スペクトルにおける観測された形状と変動とどれほど一致するか？
• RQ3 測定された径方向速度と真のガス速度の間の系統的ずれは、動的モデルで説明可能か？ また、補正係数を導出できるか？
• RQ4 動的モデルは、従来、径方向速度の異常を説明するために提案された「便宜的な静的層」の必要性を排除できるか？
• RQ5 モデル予測の脈動光球における速度振幅は、観測から推定された値とどれほど一致するか？

主な発見

• 動的モデル大気は、S Cepで観測された特徴的なS字型径方向速度曲線（CO Δv = 3線）を含む、観測された全体的な速度構造をうまく再現した。
• CO Δv = 3線について、観測された径方向速度と真のガス速度の間の補正係数p ≈ 1.36が導出された。これは、観測で実際に測定された速度が系統的に低く見積もられていることを示している。
• 光球部のCO Δv = 3線とCN Δv = –2線は高分解能で複雑で非対称な線幅を示し、観測されたFTS解像度に再ビニングするとS字型に変化する。
• モデルは、観測された径方向速度曲線の非対称性を再現した：CN線はより負の速度にまで延びるが、CO Δv = 3線は系統的により正の速度にずれている。
• 動的モデルは、追加の静的成分を仮定せずとも、大気中に見かけの準静的層が存在する理由を自然に説明でき、長年のAGB星モデルの課題を解決した。
• モデルは内側の光球部における径方向速度振幅と流出速度を低く見積もっており、観測と定量的に一致させるには、より高い脈動振幅が必要であると示唆している。