[論文レビュー] Bright OB stars in the Galaxy.II. Wind variability in O supergiants as traced by H-alpha

N. Markova, J. Puls+2 more|ArXiv.org|May 31, 2005

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 28被引用数 41

ひとこと要約

本研究では、15個のO型超巨星におけるHα線プロファイル変動（LPV）を時間的分散スペクトル（TVS）解析を用いて風の変動性を調査し、すべての星が風プロセスによって支配される顕著なLPVを示すことが判明した。結果から、Hαの変動は1.5 R⋆以内で発生しており、質量放出率の変動は強風では±4%、弱風では±16%に相当するが、風の運動量-光度関係（WLR）には最小限の影響を及ぼしており、局所的な散乱は生じる可能性がある。

ABSTRACT

We investigate the line-profile variability (lpv) of H-alpha for a large sample of O-type supergiants. We used the Temporal Variance Spectrum (TVS) analysis, developed by Fullerton et al 1996 and modified by us to take into account the effects of wind emission. By means of a comparative analysis we put a number of constraints on the properties of the variability as a function of stellar and wind parameters. The results of our analysis show that all the stars in the sample show evidence of significant lpv in H-alpha, mostly dominated by processes in the wind. The variations occur between zero and 0.3 v_inf (i.e., below ~1.5 R_star), in good agreement with the results from similar studies. A comparison between observations and line-profile simulations indicates that for stars with intermediate wind densities the H-alpha variability can be explained by simple models, consisting of coherent or broken shells (blobs) uniformly distributed over the wind volume, with an intrinsic scatter in the maximum density contrast of about a factor of two. For stars at lower and higher wind densities, on the other hand, we found certain inconsistencies between observations and our predictions, most importantly concerning the mean amplitude and the symmetry properties of the TVS. This disagreement might be explained with the presence of coherent large-scale structures, partly confined in a volume close to the star. Interpreted in terms of a variable mass-loss rate, the observed variations of H-alpha indicate changes of 4% with respect to the mean value of M_dot for stars with stronger winds and of 16% for stars with weaker winds. The effect of these variations on the corresponding wind momenta is rather insignificant (<0.16 dex), increasing the local scatter without affecting the Wind Momentum Luminosity Relationship.

研究の動機と目的

• 統計的に信頼性の高いO型超巨星のサンプルを対象に、Hαにおける線プロファイル変動（LPV）の性質と起源を調査すること。
• TVSを用いて定量化された風の変動性が、光度、スペクトル型、質量放出率などの星間および風のパラメータにどのように依存するかを特定すること。
• 観測されたLPVが、風中に一様に分布するコherentなシェルまたは破壊されたシェル（ブロブ）の単純モデルで説明可能かどうかを検証し、極端な風密度領域における不一致を同定すること。
• 風の変動性が風の運動量-光度関係（WLR）に与える影響を評価すること、特に基本的概念に影響を与えるのか、それとも図の局所的散乱を引き起こすにとどまるのかを検討すること。
• 異なる観測エポックにおけるHαプロファイルを比較することで、長期的な大気変動が存在するかを検討すること。

提案手法

• 15個のO超巨星の高信噪比・高分解能スペクトルを用い、風の発光特徴を扱えるように適合された時間的分散スペクトル（TVS）解析を実施した。
• Hα LPVの平均値および分率振幅を計算し、変動の強度と風密度および星のパラメータへの依存性を定量化した。
• 風中に一様に分布するコherentなシェルおよび破壊されたシェル（ブロブ）構造の1次元および2次元のシミュレーションを実施し、観測されたTVSプロファイルをモデル化した。
• 観測されたTVSプロファイルとシミュレートされたプロファイルを比較し、固有の変動を反映するために最大密度対比に±2倍の散らばりを許容した。
• 観測されたHα変動を、時間的に変化する質量放出率（Ṁ）の観点から解釈し、観測期間中の最大/最小Ṁの振幅と比を推定した。
• 変動が風の運動量率に与える影響を評価し、観測された散らばりを理論的期待値および先行研究（例：Kudritzki 1999）と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 O超巨星におけるHα線プロファイル変動の空間的スケールと速度範囲は何か。また、風構造とどのように関係しているか。
• RQ2 観測されたHα LPVは、風中に一様に分布するコherentなシェルまたは断片化したシェル（ブロブ）の単純モデルでどの程度説明可能か。
• RQ3 非常に低風密度および非常に高風密度領域で、観測されたTVSとシミュレートされたプロファイルの間に生じる不一致（対称性および振幅の面で）の理由は何か。
• RQ4 観測されたHα変動は、時間的に変化する質量放出率にどのように対応するか。また、これらの変動の典型的な振幅は何か。
• RQ5 風の変動性は風の運動量-光度関係（WLR）に顕著な影響を与えるのか、それとも図の局所的散乱の増加にとどまるのか。

主な発見

• サンプルに含まれる15個のすべてのO超巨星が、風プロセスによって支配される顕著なHα線プロファイル変動を示しており、その変動は1.5 R⋆（0.3 v∞未満）以内で発生している。
• 中程度の風密度を示す星では、一様に分布するコherentなシェルまたは破壊されたシェルのモデルがHα LPVを良好に説明でき、最大密度対比の散らばりは約2倍程度である。
• 低密度および高密度領域での不一致は、星の近くに大規模でコherentで空間的に局在化した構造（例：CIRs）が存在することを示唆しており、一様なシェルモデルでは捉えきれない。
• Hα変動は、強風星では平均値の±4%、弱風星では±16%の時間的変動する質量放出率（Ṁ）を示しており、サンプル全体の平均で最大/最小Ṁ比は1.22であった。
• 変動が風の運動量率に与える影響は0.16 dex未満であり、風の運動量-光度関係（WLR）に顕著な影響を与えるものではなく、局所的散乱の増加にとどまる可能性がある。
• Hαプロファイルは数十年にわたる長期的な変動を示さず、過去の観測とのプロファイルが一致しており、本研究のスケールで星の大気は安定していると考えられる。