[論文レビュー] Be star outbursts: transport of angular momentum by waves

C. Neiner, S. Mathis+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、急速に回転するB型星の対流コアにおける重力慣性(g)波の確率的励起が、角運動量を表面に輸送し、星を臨界回転にまで駆り立て、Be準拡張を引き起こすと提唱する。CoRoT観測では、HD 49330において、準拡張の前後および期間中にgモードの振幅が急増し、pモードは消失することが確認され、波駆動型角運動量輸送がBe星における物質の噴出および円盤形成を可能にしていることを裏付けた。

ABSTRACT

The Be phenomenon, that is the ejection of matter from Be stars into a circumstellar disk, has been a long lasting mystery. In the last few years, the CoRoT (Convection, Rotation and planetary Transits) satellite brought clear evidence that Be outbursts are directly correlated with pulsations. We found that it may be the transport of angular momentum by waves or pulsation modes that brings the already rapid stellar rotation to its critical value at the surface, and allows the star to eject material. The recent discovery of stochastically excited gravito-inertial modes by CoRoT in a hot Be star strengthens this scenario. We present the CoRoT observations and modeling of several Be stars and describe the new picture of the Be phenomenon which arose from these results.

研究の動機と目的

• Be星の準拡張および周囲円盤形成の原因を解明する長年の謎を解き明かすこと。
• 脈動と波駆動型角運動量輸送が、物質の噴出に不可欠な高速表面回転を可能にする役割を調査すること。
• 対流コアにおける確率的励起された重力慣性波が、脈動モードと準拡張段階の間の観測された相関を説明できるかどうかを検証すること。
• 回転が確率的励起されたg波の振幅をどのように増幅させるかを特定し、検出可能な角運動量輸送を可能にする仕組みを解明すること。
• 急速に回転する星における脈動駆動型角運動量輸送を共通のメカニズムとして位置づけ、スペクトル型にかかわらずBe現象を統一的に説明すること。

提案手法

• HD 49330の高精度CoRoT光度曲線を約136日間分析し、脈動周波数を特定・特徴づける。
• 光度周波数とスペクトロスコピックな線幅変動を照合し、脈動モードの光球起源を確認する。
• Tohoku脈動コードを用いた地震学的モデリングにより、特にgモードの励起と減衰に起因する角運動量輸送率を計算する。
• 対流領域における確率的励起がg波の振幅および角運動量輸送効率に与える影響を評価する。
• HD 49330の外層における角運動量の堆積率を比較し、脈動による減衰により表面付近で顕著なピークが観測されることを示す。
• 回転速度、脈動タイプ、コア対流の有無に基づいて、他のBe星への一般化を試みる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B型星の対流コアにおける重力慣性波の確率的励起が、Be準拡張の発生を説明できるか？
• RQ2 HD 49330におけるgモードの振幅と周波数は、準拡張段階とどのように相関しているか？
• RQ3 高速回転が、確率的励起されたg波の振幅をどれほど増幅させるか。その結果、検出可能な角運動量輸送が可能になるか？
• RQ4 すべての脈動B型星が何らかの振動を示すにもかかわらず、なぜ高速回転するB型星だけがBe星となるのか？
• RQ5 pモードとgモードのうち、どちらの脈動モードがBe星における表面角運動量輸送により寄与しているか？

主な発見

• CoRoT観測により、HD 49330では300以上の周波数が検出され、そのうち30個の独立した脈動モードが特定された。pモードの振幅は準拡張の前後および期間中に減少した。
• gモード周波数のグループが準拡張の直前から出現し、ピークに達した後、消失した。これは一時的な波駆動型メカニズムであることを示唆している。
• HD 49330の表面層は準拡張中に臨界回転に達しており、おそらく波による角運動量の堆積が原因で、pモードのキャビティが破壊され、物質の噴出が引き起こされたと考えられる。
• 地震学的モデリングにより、星の半径の外側数パーセントの領域で局所的角運動量変化率が急激に増加することが確認され、表面層への強いネット角運動量堆積が裏付けられた。
• 乱流対流領域で励起された確率的g波は、κ機構駆動波と同等の効率で角運動量を輸送でき、波の振幅が大きいほど輸送効率が上がり、周波数が低いほど効率が向上する。
• 高速回転は確率的g波の振幅を増幅させ、表面を臨界回転にまで駆り立てられる十分な角運動量輸送を可能にする。これにより、なぜ高速回転星だけがBe星となるのかが説明できる。