[論文レビュー] Hot subdwarf wind models with accurate abundances I. Hydrogen dominated stars HD 49798 and BD+18$^\circ\,$2647

Jiřı́ Krtička, Ján Janík+6 more|arXiv (Cornell University)|Sep 27, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 89被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、高分解能のUVおよび可視域分光法から得られた非太陽系の表面元素組成を用いて、水素が豊富な高温亜巨星HD 49798およびBD+18°2647における放射駆動風をモデル化した。その結果、HD 49798のような水素燃焼星では、現実的な元素組成が風の質量損失率にほとんど影響しない一方、BD+18°2647における拡散駆動の元素組成の異常は、風の形成を完全に抑制しており、これが観測されない風の理由を説明する。このことは、風予測において非太陽系の化学組成が果たす重要な役割を示している。

ABSTRACT

Hot subdwarfs are helium burning objects in late stages of their evolution. These stars can develop winds driven by light absorption in the lines of heavier elements. The wind strength depends on chemical composition which can significantly vary from star to star. We aim to understand the influence of metallicity on the strength of the winds of the hot hydrogen-rich subdwarfs HD 49798 and BD+18$^\circ\,$2647. We used UV and optical spectra to derive stellar parameters and abundances. For derived stellar parameters, we predicted wind structure (including mass-loss rates and terminal velocities) with our METUJE code. We derived effective temperature $T_ ext{eff}=45\,900\,$K and mass $M=1.46\,M_\odot$ for HD 49798 and $T_ ext{eff}=73\,000\,$K and $M=0.38\,M_\odot$ for BD+18$^\circ\,$2647. The abundances can be interpreted as a result of interplay between stellar evolution and diffusion. HD 49798 has a strong wind that does not allow for chemical separation and consequently it shows solar chemical composition modified by hydrogen burning. On the other hand, we did not find any wind in BD+18$^\circ\,$2647 and its abundances are therefore most likely affected by radiative diffusion. Accurate abundances do not lead to a significant modification of wind mass-loss rate for HD 49798, because the increase of the contribution of Fe and Ni to the radiative force is compensated by the decrease of the force due to other elements. The resulting wind mass-loss rate $\dot M=2.1 imes10^{-9}\,M_\odot\, ext{yr}^{-1}$ predicts an X-ray light curve during the eclipse which closely agrees with observations. On the other hand, the absence of the wind in BD+18$^\circ\,$2647 for accurate abundances is a result of its peculiar chemical composition. Wind models with accurate abundances provide more reliable wind parameters, but the influence of abundances on the wind parameters is limited in many cases.

研究の動機と目的

• 非太陽系の表面元素組成が高温亜巨星における放射駆動風の性質に与える影響を調査すること。
• 太陽系スケールの組成ではなく、観測的に導かれた正確な組成を用いることで、風の質量損失率予測における不一致を解消すること。
• HD 49798およびBD+18°2647のような亜巨星における風の有無・無しの原因が、化学組成か星のパラメータかを特定すること。
• 低金属量で進化した亜巨星において、放射線拡散および重力沈降が風形成に与える影響を評価すること。
• 高温亜巨星を含む連星系におけるX線光曲線の予測を向上させること。

提案手法

• HST、VLT/UVES、IUE/FUSEを用いた高分解能UVおよび可視域分光法により、星のパラメータおよび表面元素組成を導出した。
• 非局所熱平衡大気モデル（TLUSTY）およびスペクトル合成（SYNSPEC）を用いて、効果的温度、表面重力、元素組成を決定した。
• HD 49798の星の質量は、進化モデルおよび連星系の制約を用いて制約された。
• 導出された元素組成および星のパラメータに基づき、質量損失率と最終速度を予測するためのグローバル風モデル（METUJE）を用いた。
• 風駆動X線光曲線をシミュレートし、観測された食光曲線と比較することで予測の妥当性を検証した。
• 太陽系スケールの組成モデルと比較することで、風の強度が元素組成の変動にどのように敏感かをテストした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 正確で非太陽系の表面元素組成は、高温で水素が豊富な亜巨星における予測された質量損失率にどのように影響を与えるか？
• RQ2 BD+18°2647は高い効果的温度を示しているにもかかわらず、観測可能な風を示さないが、これは化学組成によるものか？
• RQ3 放射線拡散および重力沈降は、太陽系スケールの組成と比較して、風駆動力にどの程度の影響を与えるか？
• RQ4 観測されたHD 49798のX線食光曲線は、現実的な元素組成を用いた風モデルで正確に再現可能か？
• RQ5 同じような温度を持つ星でも、異なる元素組成パターンを示す星では、なぜ風予測に顕著な差が生じるのか？

主な発見

• HD 49798の効果的温度は45,900 K、質量は1.46 M☉であり、連星進化モデルと整合的である。
• HD 49798の風の質量損失率は2.1 × 10⁻⁹ M☉ yr⁻¹であり、観測されたX線食光曲線をよく再現している。
• 鉄やニッケルが強化されているにもかかわらず、非太陽系の元素組成が風の強度に顕著に影響しないのは、増加する放射力と減少する放射力の相殺によるものである。
• BD+18°2647の効果的温度は73,000 Kで、質量は0.38 M☉であり、軽元素が太陽系未満で鉄の過剰が見られ、強い放射線拡散の兆候である。
• BD+18°2647に風がないのは、その特異な元素組成パターンが、高い光度にもかかわらず線駆動加速を抑制しているためである。
• これらの星における線駆動力のおよそ1/3は、観測スペクトル領域に含まれない元素に起因しており、風予測に不確実性をもたらしている。