[論文レビュー] Line formation in AGB atmospheres including velocity effects. Molecular line profile variations of long period variables

W. Nowotny, S. Höfner+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 66被引用数 52

ひとこと要約

本研究では、脈動とチリ駆動風による速度場を含む動的モデル大気を構築し、近赤外スペクトルにおける分子線プロファイルを再現する。Mira星および準周期変光星の観測された線プロファイルの変動と径方向速度曲線を成功裏に再現し、COおよびCN線が異なる大気深さに形成されること、および速度から径方向速度への変換係数が約1.2–1.5であることを示した。

ABSTRACT

The atmospheres of evolved red giants are considerably influenced by pulsations of the stellar interiors and developing stellar winds. The resulting complex velocity fields severely affect molecular line profiles observable in NIR spectra. With the help of model calculations the complex line formation process in AGB atmospheres was explored with the focus on velocity effects. Furthermore, we aimed for atmospheric models which are able to quantitatively reproduce line profile variations found in observed spectra of pulsating late-type giants. Models describing pulsation-enhanced dust-driven winds were used to compute synthetic spectra under the assumptions of chemical equilibrium and LTE and by solving the radiative transfer in spherical geometry including velocity effects. Radial velocities derived from Doppler-shifted synthetic line profiles provide information on the gas velocities in the line-forming region of the spectral features. On the basis of dynamic models we investigated in detail the finding that various molecular features in AGB spectra originate at different geometrical depths of the very extended atmospheres. We show that the models are able to quantitatively reproduce the characteristic line profile variations of lines sampling the deep photosphere. The global velocity fields of typical LPVs are also realistically reproduced. Possible reasons for discrepancies concerning other modelling results are outlined. In addition, we present a model showing variations of CO dv=3 line profiles comparable to observed spectra of SRVs and discuss that the non-occurence of line doubling in these objects may be due to a density effect. The results of our line profile modelling are another indication that the dynamic models studied here are approaching a realistic representation of the outer layers of AGB stars.

研究の動機と目的

• 径方向脈動およびチリ駆動風がAGB星大気における分子線プロファイルに与える影響を理解すること。
• 拡張した大気における複雑な速度場をモデル化し、高分解能スペクトルにおける観測可能な径方向速度（RV）シフトと関連付けること。
• 特にMira星および準周期変光星において観測される時間に依存する線プロファイル変動を再現すること。
• 線形成領域におけるガス速度と測定された径方向速度の間の定量的関係を特定すること。
• 現在のモデルがCO第一倍振動遷移線を第二倍振動遷移線と比較して、なぜ再現に困難を伴うかを評価すること。

提案手法

• COおよびCNの分子線リストを用いた球対称放射移動計算を、動的モデル大気に適用した。
• 脈動増幅型チリ駆動風を含む流体力学的モデルを用い、時間に依存する速度構造を再現した。
• モデルにおいて分子種に対して化学平衡および局所熱力学的平衡（LTE）を仮定した。
• 合成スペクトルを計算し、線プロファイルのドップラーシフトから径方向速度を導出し、観測と比較した。
• 線形成深さの特定のために、径方向光学厚さ分布を用いた。
• 速度からRVへの変換係数をテストするため、人工的な速度場を静的初期モデルに適用し、p ≈ 1.2–1.5の結果を得た。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 脈動誘発速度場は、AGB星大気における分子線の形成および形状にどのように影響するか？
• RQ2 動的モデル大気は、Mira星および準周期変光星における観測された時間に依存する線プロファイル変動をどの程度再現できるか？
• RQ3 線プロファイルにおける真のガス速度と測定された径方向速度の間の定量的関係は何か？
• RQ4 CO線（例：Δv = 2）は他の線（例：Δv = 3）と比較して、なぜ観測と一致が悪いのか？
• RQ5 AGB星における二重ピーク線プロファイルが現れるために必要な大気的条件は何か？

主な発見

• 一様な速度場を持つモデルでは、ガス速度と測定された径方向速度の間の変換係数はp = u_gas / RV ≈ 1.2–1.5である。
• Mira星におけるCO Δv = 3およびCN線は異なる大気深さに形成され、観測と整合するS字型の径方向速度曲線を示す。
• モデルはMira星の不連続的で時間に依存する線プロファイル、特に特徴的なRV曲線の形状を成功裏に再現した。
• CO Δv = 3の線二重化は衝撃波によるものではない。赤方偏移成分の可視化には、下降層での高い光学厚さも必要である。
• 準周期変光星のモデルは観測と一致する線プロファイルの変動を示しており、線二重化の欠如は衝撃波の欠如ではなく、密度効果による可能性がある。
• CO Δv = 3線は良好に再現されたが、CO Δv = 2線は一致が悪く、第一倍振動遷移領域のモデル化に課題があることを示唆しており、複雑な力学的要因およびチリの光学厚さ効果が関係している可能性がある。