[論文レビュー] CMF models of hot star winds I. Test of the Sobolev approximation in the case of pure line transitions

Jiřı́ Krtička, J. Kubát|arXiv (Cornell University)|May 3, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 26

ひとこと要約

本研究では、共動フレーム（CMF）放射移動を用いて、熱星の風モデルにおけるソボレフ近似の妥当性を検証する。線幅の熱的成分のみを考慮した場合、ソボレフ近似は信頼できるが、線の重なりや乱流による線幅拡大が、音速点以下のCMF線力の低下を引き起こし、質量放出率を最大40％まで低下させる。これは、観測されたO星風の質量放出率に見られる乖離を説明する要因となり得る。

ABSTRACT

We provide hot star wind models with radiative force calculated using the solution of comoving frame (CMF) radiative transfer equation. The wind models are calculated for the first stars, O stars, and the central stars of planetary nebulae. We show that without line overlaps and with solely thermal line broadening the pure Sobolev approximation provides a reliable estimate of the radiative force even close to the wind sonic point. Consequently, models with the Sobolev line force provide good approximations to solutions obtained with non-Sobolev transfer. Taking line overlaps into account, the radiative force becomes slightly lower, leading to a decrease in the wind mass-loss rate by roughly 40%. Below the sonic point, the CMF line force is significantly lower than the Sobolev one. In the case of pure thermal broadening, this does not influence the mass-loss rate, as the wind mass-loss rate is set in the supersonic part of the wind. However, when additional line broadening is present (e.g., the turbulent one) the region of low CMF line force may extend outwards to the regions where the mass-loss rate is set. This results in a decrease in the wind mass-loss rate. This effect can at least partly explain the low wind mass-loss rates derived from some observational analyses of luminous O stars.

研究の動機と目的

• 熱星の風における放射力の計算におけるソボレフ近似の妥当性を評価すること。
• 線の重なりや非熱的線幅拡大（例：乱流）が、ソボレフ近似の精度に与える影響を調査すること。
• CMF手法が、ソボレフ手法と比較して顕著に異なる質量放出率をもたらすかどうかを特定すること。
• これらの差異が、O星やその他の熱星における観測された風の質量放出率に与える影響を検討すること。
• 明るいO星における理論的・観測的質量放出率の乖離が、現実的な線幅拡大条件下でのソボレフ近似の限界に起因するかどうかを評価すること。

提案手法

• 非局所熱平衡（non-LTE）原子モデルを用いて、O星、第一星、惑星ネbulaの中心星の球対称かつ定常的な風モデルを開発した。
• ソボレフ近似を避けるために、共動フレーム（CMF）放射移動方程式を解いて放射力を計算した。
• 同一条件下で、CMFから得られた放射力と標準的なソボレフ近似による放射力を比較した。
• 線幅拡大メカニズム（純粋な熱的拡大と追加の乱流拡大）を変化させ、力の差に与える影響を評価した。
• 速度と力の半径依存性を追跡し、CMFモデルおよびソボレフモデルにおける音速点と臨界解を特定した。
• 基本密度のグリッドを用いて臨界解を特定し、音速点付近での力の差に起因する質量放出率への感受性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 線の重なりを無視し、線幅が純粋に熱的である場合、音速点付近でもソボレフ近似は熱星風における放射力の計算に信頼できるか？
• RQ2 CMFモデルにおける線の重なりの影響は、ソボレフ近似と比較して放射力にどのような影響を与えるか？
• RQ3 乱流による線幅拡大を組み込むことで、CMFとソボレフの線力差が、特に亜音速領域でどのように変化するか？
• RQ4 CMFとソボレフモデル間の放射力差が、予測される風の質量放出率にどの程度影響を与えるか？
• RQ5 一部のO星で観測される低質量放出率は、乱流拡大と非局所効果に起因するCMF線力の低下によって説明可能か？

主な発見

• 線の重なりを無視し、線幅が純粋に熱的である限り、ソボレフ近似は音速点付近でも放射力の信頼できる推定値を提供する。
• 線の重なりを組み込むと、CMF線力はソボレル近似に対して低下し、予測される質量放出率は約40％低下する。
• 音速点以下の領域では、強力な源関数勾配のため、CMF線力はソボレフ力よりも顕著に低くなるが、線幅が純粋に熱的である限り、質量放出率にほとんど影響しない。
• 乱流線幅拡大を導入すると、低CMF線力領域が質量放出率が決定される超音速領域へと拡大し、予測される質量放出率が著しく低下する。
• 理論的予測とO星の質量放出率観測値との乖離は、乱流拡大と非局所効果を考慮しないソボレフ近似の限界に起因する可能性がある。
• 結果から、大気の乱流は、熱星風モデルにおいて重要な要因であるが、未だ十分に制約がつかれていないパラメータであることが示唆され、現在の進化モデルが想定しているほど決定論的ではない可能性がある。