[論文レビュー] Dust formation in winds of long-period variables. V. The influence of micro-physical dust properties in carbon stars

Anja C. Andersen, S. Höfner+1 more|ArXiv.org|Oct 13, 2002

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 30被引用数 20

ひとこと要約

本研究では、炭素豘りA型巨星におけるダスト駆動風の自己整合的で周波数依存の放射流体力学モデルを提示し、微視的ダスト特性（吸収率、固有密度、付着係数、表面張力など）が質量放出率、噴流速度、ダスト凝縮に与える影響を明示的に調査した。主な発見は、これらのパラメータの変動が質量放出率を最大4倍、噴流速度を最大10倍に変化させ得ることであり、AGB星の質量放出に関する理論的予測における重大な不確実性を示している。

ABSTRACT

We present self-consistent dynamical models for dust-driven winds of carbon-rich AGB stars. The models are based on the coupled system of frequency-dependent radiation hydrodynamics and time-dependent dust formation. We investigate in detail how the wind properties of the models are influenced by the micro-physical properties of the dust grains that are required by the description of grain formation. The choice of dust parameters is significant for the derived outflow velocity, the degree of condensation and the resulting mass loss rates of the models. In the transition region between models with and without mass loss the choice ofmicro-physical parameters turns out to be very significant for whether a particular set of stellar parameters will give rise to a dust-driven mass loss or not. We also calculate near-infrared colors to test how the dust parameters influence the observable properties of the models, however, at this point we do not attempt to fit particular stars.

研究の動機と目的

• 微視的ダストパラメータが炭素豘りA型巨星におけるダスト駆動風の性質に与える影響を調査すること。
• ダスト吸収率、密度、付着係数、表面張力の不確実性が予測される質量放出率および噴流速度に与える影響を評価すること。
• これらのパラメータが合成近赤外色および観測可能な風の特徴に与える影響を評価すること。
• 特定の星のパラメータがダスト駆動質量放出を引き起こすかどうかを、ダスト特性の選択に依存して決定すること。

提案手法

• 本研究では、時間に依存するダスト形成と結合した自己整合的で球対称な放射流体力学モデルを用いる。
• ガスおよびダストの両方の周波数依存放射移動は、SCANデータベースからの51波長の吸収率サンプリングデータに基づく。
• ガス、ダスト、放射の系を記述する非線形偏微分方程式系を解き、運動量およびエネルギー保存則を含む。
• 粒子の核生成および成長は、付着係数および表面張力によって制御される核生成および付着プロセスを用いてモデル化する。
• 計算の複雑性を管理するために、適応グリッドおよび陰解法を用いる。
• 観測傾向と比較できるように、合成近赤外色を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ダスト吸収率および消光効率の変動が、炭素豘りA型巨星における予測される質量放出率にどのように影響するか？
• RQ2 ダスト粒子の固有密度および表面張力が、ダスト形成効率および風加速にどの程度影響を与えるか？
• RQ3 付着係数の変化が、ダスト粒子の成長速度およびその結果生じる風の性質にどのように影響するか？
• RQ4 波長依存の放射圧が、噴流速度およびダスト凝縮度を決定づける役割を果たすか？
• RQ5 モデル予測の近赤外色は、同様の質量放出率および速度を示す観測星の色とどのように比較できるか？

主な発見

• 微視的ダストパラメータの変動により、予測される質量放出率は最大4倍、噴流速度は最大10倍に変化する可能性がある。
• 特に1 μm付近のダスト吸収率の選択は、異なる非晶質炭素の種類間でほぼ1桁の差異を示し、放射圧に顕著な影響を与える。
• 吸収率効率と整合性を保つために、ダストの固有密度は物理的に自己整合的である必要がある。
• 付着係数および表面張力は、核生成および粒子成長速度に強く影響し、中程度の変動でも風の性質に顕著な変化をもたらす。
• 質量放出あり／なしのモデルの遷移領域は、ダストパラメータの選択に極めて敏感であり、質量放出が発生するかどうかを決定づける。
• モデルの合成近赤外色は、同様の質量放出率および速度を示す観測星の色と類似しているが、モデルの色の変動は観測された時間的変動よりも小さい。