[論文レビュー] CMF models of hot star winds II. Reduction of O star wind mass-loss rates in global models

Jiřı́ Krtička, J. Kubát|arXiv (Cornell University)|Jun 19, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 82被引用数 30

ひとこと要約

本研究では、共動フレーム（CMF）放射移動と非局所熱力学平衡（NLTE）運動論を用いた、O星の風のグローバルで自己整合的な流体モデルを提示する。Sobolev近似を排除した。モデルは、従来の推定値と比較して2–5倍低い風の質量損失率を予測し、理論的予測と微小クラッキング補正済みの観測データを一致させ、以前のモデルにおける過大評価の主な要因としてSobolev近似の存在を浮き彫りにした。

ABSTRACT

We calculate global (unified) wind models of main-sequence, giant, and supergiant O stars from our Galaxy. The models are calculated by solving hydrodynamic, kinetic equilibrium (also known as NLTE) and comoving-frame (CMF) radiative transfer equations from the (nearly) hydrostatic photosphere to the supersonic wind. For given stellar parameters, our models predict the photosphere and wind structure and in particular the wind mass-loss rates without any free parameters. Our predicted mass-loss rates are by a factor of 2--5 lower than the commonly used predictions. A possible cause of the difference is abandoning of the Sobolev approximation for the calculation of the radiative force, because our models agree with predictions of CMF NLTE radiative transfer codes. Our predicted mass-loss rates agree nicely with the mass-loss rates derived from observed near-infrared and X-ray line profiles and are slightly lower than mass-loss rates derived from combined UV and H$α$ diagnostics. The empirical mass-loss rate estimates corrected for clumping may therefore be reconciled with theoretical predictions in such a way that the average ratio between individual mass-loss rate estimates is not higher than about $ 1.6 $. On the other hand, our predictions are by factor of $ 4.7 $ lower than pure H$α$ mass-loss rate estimates and can be reconciled with these values only assuming a microclumping factor of at least eight.

研究の動機と目的

• O星の風のグローバルモデルを構築し、流体力学、NLTE運動論、CMF放射移動を同時に解く。
• 紫外線、Hα、X線診断からの理論的質量損失率予測と観測推定値の長年の不一致を解消する。
• 放射力計算におけるSobolev近似を放棄した場合の質量損失率予測に与える影響を評価する。
• 微小クラッキング補正済みの観測データとモデル予測の整合性を評価する。
• Hαに基づく推定値との未解決の不一致を、微小クラッキング要因によって解消できるかどうかを特定する。

提案手法

• 光球面から超音速風に至る範囲で、流体力学方程式、NLTE運動論平衡方程式、および共動フレーム（CMF）放射移動方程式を解く。
• Sobolev近似の簡略化を置き換えるために、CMF放射移動を用いて放射力の計算を行う。
• CMF放射場から導かれるNLTE準位分布を用いて、風内のイオン化状態と励起構造を計算する。
• 星のパラメータ（全放射光度、半径、効果的温度）に基づき、自由パラメータなしに質量損失率を自己一貫的に計算する。
• 観測との比較を通じて、モデルが予測する線幅および出射放射度が、風構造と質量損失率の妥当性を検証する。
• CMF平均強度を用いて、運動論平衡方程式における結合遷移率に対するSobolev近似の妥当性をテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 グローバルCMF-NLTE風モデルが予測する質量損失率は、紫外線、Hα、X線診断からの観測推定値とどのように異なるか？
• RQ2 Sobolev近似を完全なCMF放射移動に置き換えた場合、予測される放射力および質量損失率にどのような影響を与えるか？
• RQ3 Hαに基づく質量損失率推定値と理論的予測値の不一致は、微小クラッキング要因によって解消可能か？
• RQ4 遠紫外領域におけるイオン化分率および放射度の差が、モデル予測にどの程度影響を与えるか？
• RQ5 クラッキングの発生位置（光球面付近 vs. 外部風）が、理論的および観測的質量損失率の整合性に与える影響はどの程度か？

主な発見

• 予測された質量損失率は、一般的に用いられる理論的推定値の2–5倍低い。主な要因は、Sobolev近似ではなくCMFによる放射力計算の改善にある。
• 微小クラッキング補正済みの観測データと、モデル予測は良好に一致しており、異なる診断法間の最大比は1.6にとどまる。
• X線および近赤外線線幅から導かれる質量損失率と整合性があり、クラッキング効果にあまり影響されない。
• 補正済みでないHαに基づく推定値との不一致（要因4.7）は、少なくとも8の微小クラッキング要因を仮定しない限り、解消できない。
• 運動論平衡方程式における結合遷移率にSobolev近似を用いることは、最終的な質量損失率にほとんど影響を及ぼさないため、計算効率を考慮して引き続き使用することが正当化される。
• モデルはCMFGENコードによる放射力計算と良好に一致しており、線駆動風モデルにおけるCMFアプローチの信頼性を確認した。