[論文レビュー] Bright OB stars in the Galaxy - III. Constraints on the radial stratification of the clumping factor in hot star winds from a combined Halpha, IR and radio analysis

J. Puls, N. Markova+5 more|ArXiv.org|Apr 18, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 88被引用数 155

ひとこと要約

本研究では、19個の銀河的O型超巨星のHα、赤外線、電波観測を統合し、高温星の風におけるクラッピングの半径方向構造を制約した。密度が高い風では内側領域でより強いクラッピングを示す（正規化クラッピング要因4.1 ± 1.4）、一方、密度が薄い風では一様なクラッピングを示すことが判明した。これは風の不均一性に関する仮定に挑戦し、密度不均一性が影響を及ぼす質量放出率の推定値を精緻化するものである。

ABSTRACT

Recent results strongly challenge the canonical picture of massive star winds: various evidence indicates that currently accepted mass-loss rates, Mdot, may need to be revised downwards significantly. This is because the most commonly used mass-loss diagnostics are affected by ``clumping'' (small-scale density inhomogeneities), influencing our interpretation of observed spectra and fluxes. Such downward revisions would have dramatic consequences for the evolution of, and feedback from, massive stars, and thus robust determinations of the clumping properties and mass-loss rates are urgently needed. Here, we present a first attempt to constrain the radial stratification of the so-called clumping factor. To this end, we have analyzed a sample of 19 Galactic O-type supergiants/giants, by combining data for Halpha, IR, mm and radio fluxes, and using appropriate analysis methods. Clumping has been included into our analysis in the ``conventional'' way, by assuming the inter-clump matter to be void. Because (almost) all our diagnostics depends on the square of density, we cannot derive absolute clumping factors, but only factors normalized to a certain minimum. This minimum was usually found to be located in the outermost, radio-emitting region, i.e., the radio mass-loss rates are the lowest ones, compared to Mdot derived from Halpha and the IR. The radio rates agree well with those predicted by theory, but are only upper limits, due to unknown clumping in the outer wind. Our most important result concerns a (physical) difference between denser and thinner winds: for denser winds, the innermost region is more strongly clumped than the outermost one (with a normalized clumping factor of 4.1+/-1.4), whereas thinner winds have similar clumping properties in the inner and outer regions.

研究の動機と目的

• 質量星の質量放出率の決定に起因する不確実性（風内の小スケール密度不均一性（クラッピング））を解消すること。
• 高温星の風におけるクラッピングが半径方向にどのように変化するかを特定すること、特に内側と外側の風領域を区別すること。
• クラッピングを段階的に取り入れた場合に、観測診断（Hα、赤外線、電波）が一貫した質量放出率をもたらすかを検証すること。
• 理論的風モデルと観測された風線診断に与える異なるクラッピングシナリオの影響を評価すること。
• 今後のモデル化を支援するため、特に中間風領域における遠赤外線およびミリ波帯観測の観測的ギャップを特定すること。

提案手法

• 19個のO型超巨星について、Hα、赤外線、ミリ波、電波帯域の多波長データを統合し、新規およびアーカイブ観測を併用した。
• 風内のクラッピングを考慮するために、より洗練されたモデルにキャリブレーションされた近似モデル手法を適用し、クラスター間領域が空洞であると仮定した。
• 診断における密度の二乗依存性を用いて正規化クラッピング要因を推定し、電波で発光する外側領域を基準最小値とした。
• Hα（内側風）、赤外線（中間風）、電波（外側風）から導出された質量放出率を比較し、半径方向のクラッピング構造を推定した。
• 外側風のクラッピングに関する複数の仮定（例：強いクラッピング、密度依存的クラッピング）の理論的風モデルとの整合性への影響を評価した。
• 風-局所半径（WLR）関係を、異なる診断およびクラッピング仮定の間で一貫性を確認するためのチェックとして用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 質量星のO型星の風において、クラッピング要因は半径方向にどのように変化するか？
• RQ2 密度が高い風では、外側領域と比較して内側領域でより強いクラッピングを示すか？また、薄い風では一様なクラッピングを示すか？
• RQ3 クラッピングを段階的に取り入れた場合に、Hα、赤外線、電波診断が一貫した質量放出率をもたらす程度はどの程度か？
• RQ4 外側風における異なる仮定されたクラッピングプロファイルが理論的風モデルおよび観測診断に与える影響は何か？
• RQ5 観測された質量放出率推定値の不一致は、物理的に妥当な半径方向のクラッピング構造によって是正可能か？

主な発見

• 密度が高い風では、内側風領域（r < 3–5 R⋆）で顕著に強いクラッピングを示し、正規化クラッピング要因は4.1 ± 1.4であった。これは星の近くで密度不均一性が顕著であることを示唆している。
• 薄い風では、内側および外側風領域の両方で類似したクラッピング特性を示しており、密度不均一性の分布がより一様であると考えられる。
• 電波から導出された質量放出率は、すべての診断の中で最も低く、理論的予測と整合的であるが、外側風におけるクラッピングが不明なため、上限値にとどまる。
• Hαは、内側風（r < 3–5 R⋆）におけるクラッピングを調べるのに信頼できる診断であり、小スケール密度構造に敏感である。
• 外側風のクラッピングに関する仮定は、理論的モデルとの整合性に顕著な影響を及ぼし、外側風で強いクラッピングまたは密度依存的クラッピングがあると、WLR関係に不一致が生じる。
• 研究結果は、現在の質量放出率推定値は、外側風に強いクラッピングがある場合、下方修正が必要である可能性を示唆しており、中間風領域のクラッピングを制約するため、遠赤外線およびミリ波帯観測の必要性を強調している。