[論文レビュー] Critical study of the distribution of rotational velocities of Be stars; II: Differential rotation and some hidden effects interfering with the interpretation of the Vsin i parameter

J. Zorec, Y. Frémat+10 more|SPIRE - Sciences Po Institutional REpository|Feb 24, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 85被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、Be星における表面の差動回転が $V\!\sin i$ 測定の解釈をどのように歪め、回転速度比 $u = V/V_{\rm c}$ の観測分布を歪めるかを調査する。Maunderの差動回転則 $\Omega(\theta) = \Omega_0(1 + \alpha\cos^2\theta)$ を用いて、負の $\alpha$ 値（赤道部の回転が速い）では $V\!\sin i$ が低く見積もられ、正の $\alpha$ 値では過大評価され、臨界回転に近い星の数の推定に顕著な影響を与えることが示された。研究では、高速回転星における正確な回転診断のためには2次元放射線輸送が不可欠であると強調している。

ABSTRACT

We assume that stars may undergo surface differential rotation to study its impact on the interpretation of $V\!\sin i$ and on the observed distribution $Φ(u)$ of ratios of true rotational velocities $u=V/V_ m c$ ($V_ m c$ is the equatorial critical velocity). We discuss some phenomena affecting the formation of spectral lines and their broadening, which can obliterate the information carried by $V\!\sin i$ concerning the actual stellar rotation. We studied the line broadening produced by several differential rotational laws, but adopted Maunder's expression $Ω(θ)=Ω_o(1+α\cos^2θ)$ as an attempt to account for all of these laws with the lowest possible number of free parameters. We studied the effect of the differential rotation parameter $α$ on the measured $V\!\sin i$ parameter and on the distribution $Φ(u)$ of ratios $u=V/V_ m c$. We conclude that the inferred $V\!\sin i$ is smaller than implied by the actual equatorial linear rotation velocity $V_ m eq$ if the stars rotate with $α<0$, but is larger if the stars have $α>0$. For a given $|α|$ the deviations of $V\!\sin i$ are larger when $α<0$. If the studied Be stars have on average $α<0$, the number of rotators with $V_ m eq\simeq0.9V_ m c$ is larger than expected from the observed distribution $Φ(u)$; if these stars have on average $α>0$, this number is lower than expected. We discuss seven phenomena that contribute either to narrow or broaden spectral lines, which blur the information on the rotation carried by $V\!\sin i$ and, in particular, to decide whether the Be phenomenon mostly rely on the critical rotation. We show that two-dimensional radiation transfer calculations are needed in rapid rotators to diagnose the stellar rotation more reliably.

研究の動機と目的

• Be星における $V\!\sin i$ の解釈に及ぼす表面差動回転の影響を評価すること。
• 差動回転が真の回転速度比 $u = V/V_{\rm c}$ の観測分布 $\Phi(u)$ にどのように影響を与えるかを評価すること。
• 差動回転の外に存在する、$V\!\sin i$ から真の回転状態を隠す要因を特定・分析すること。
• $V\!\sin i$ 分析における剛体回転の仮定を疑い、改善されたモデリング手法の導入を提言すること。
• 差動回転やその他の線幅拡張現象の影響を考慮すると、Be現象が主に臨界回転によって駆動されているのかどうかを検討すること。

提案手法

• コラティチュード $\theta$ に応じた角速度の変化をモデル化するため、Maunderの差動回転則 $\Omega(\theta) = \Omega_0(1 + \alpha\cos^2\theta)$ を採用した。
• さまざまな $\alpha$ 値の下で線幅拡張をシミュレートし、測定された $V\!\sin i$ と真の赤道面速度 $V_{\rm eq}$ のずれを定量化した。
• 回転歪み星における重力減光と非一様表面輝度をモデル化するため、2次元放射線輸送計算を用いた。
• マクロタービュランス、拡張速度、周囲星間物質エナベロープ、潮汐相互作用がスペクトル線プロファイルに与える影響を分析した。
• 広い波長範囲にわたる回転幅拡張関数のデコンボリューションを実施し、非対称性や非一様な線プロファイルを検出した。
• 古典的星周囲大気モデルが差動回転下での重力減光を扱う際の限界を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パrameter $\alpha$ を持つ差動回転が、真の赤道面速度 $V_{\rm eq}$ に対して測定された $V\!\sin i$ にどのように影響を与えるか？
• RQ2 特に臨界回転付近において、差動回転が $u = V/V_{\rm c}$ の観測分布 $\Phi(u)$ をどの程度歪めるか？
• RQ3 $V\!\sin i$ を真の回転状態の代理として用いる際の信頼性を損なう主な観測的・概念的不確実性は何か？
• RQ4 古典的星周囲大気モデルは、非一様な $\Omega(\theta)$ を持つ差動回転星における重力減光を正確に再現できるか？
• RQ5 Be現象は主に臨界回転に起因しているのか、それとも隠れた要因により $V\!\sin i$ 分布が誤解を招いているのか？

主な発見

• $\alpha < 0$（赤道部の回転が速い）の場合、測定された $V\!\sin i$ は真の $V_{\rm eq}$ より系統的に小さくなり、回転速度が低く見積もられる。
• $\alpha > 0$（極域の回転が速い）の場合、測定された $V\!\sin i$ は $V_{\rm eq}$ より大きくなり、回転速度が過大評価される。
• $\alpha < 0$ の場合、$|\alpha|$ が大きいほど $V\!\sin i$ のずれが顕著になるため、観測分布 $\Phi(u)$ の歪みが強くなる。
• もしBe星が平均的に $\alpha < 0$ を示すならば、$V_{\rm eq} \gtrsim 0.9V_{\rm c}$ に近い星の数は $\Phi(u)$ から予想されるよりも多いが、$\alpha > 0$ の場合は逆に少ない。
• マクロタービュランス、拡張速度、周囲星間物質エナベロープ、潮汐相互作用、重力減光の非一様性、非対称な幅拡張関数、二価の $V\!\sin i$ 関係の7つの追加要因が、$V\!\sin i$ における回転情報の隠蔽をさらに助長する。
• 差動回転下では古典的モデルが失敗するため、回転歪み星における2次元放射線輸送が、回転および重力減光の信頼できる診断に不可欠である。