[論文レビュー] Long- and short-term variability in O-star winds II. Quantitative analysis of DAC behaviour

L. Kaper, H. F. Henrichs+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 1998

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用数 24

ひとこと要約

本研究では、10個のO型星の紫外線共鳴線における離散吸収成分（DACs）の定量的分析を、長期間にわたるIUE観測を用いて実施している。DACsを星の回転および磁場によって駆動される共回転相互作用領域（CIRs）としてモデル化することで、著者らはDACの再発周期が星の回転周期の整数分率（主に1/2）であることを発見し、DACの変動から星の回転周期を間接的に測定可能であると示している。

ABSTRACT

A quantitative analysis of time series of ultraviolet spectra from a sample of 10 bright O-type stars (cf. Kaper et al. 1996, Paper I) is presented. The migrating discrete absorption components (DACs), responsible for the observed variability in the UV resonance doublets, are modeled. It turns out that the column density of a DAC first increases and subsequently decreases with time when the component is approaching its asymptotic velocity. In some cases this velocity systematically differs from event to event. The recurrence timescale of DACs is derived for most targets, and consistent results are obtained for different spectral lines. The DAC recurrence timescale is interpreted as an integer fraction of the stellar rotation period. In some datasets the variability in the blue edge of the P Cygni lines exhibits a longer period than the DAC variability. This might be related to the systematic difference in asymptotic velocity of successive DACs. The phase diagram for the O giant xi Persei shows clear evidence for so-called ``phase bowing'', which is an observational indication for the presence of curved wind structures like corotating interaction regions. No other O stars in our sample convincingly show phase bowing, but this could be simply due to the absence of periodic signal and hence coherent phase behaviour at low wind velocities.

研究の動機と目的

• 国際紫外線宇宙望遠鏡（IUE）から得られた紫外線スペクトルを用いて、O星の風における長期的変動を定量的に分析すること。
• P Cygniプロファイルからの離散吸収成分（DACs）を分離・モデル化し、その時間的変化および運動的挙動を研究すること。
• DAC変動の特徴的な timescales を特定し、星の回転周期と関連付けること。
• DAC位相図における位相湾曲の原因を解明し、風構造および磁場との関連を調査すること。
• DAC再発周期がO型星の真の回転周期を推定するためのプロキシとして利用可能かどうかを検討すること。

提案手法

• 各星に対して「最小吸収」テンプレートスペクトルを構築し、DACsから基盤となるP Cygniプロファイルを分離すること。
• 各DACペアの中心ドップラー速度、光学厚さ、幅、および全原子密度を時間関数として測定すること。
• 時系列データにFourier CLEAN解析を適用し、DAC変動の再発周期を同定すること。
• DAC再発周期と青端変動周期を比較することで、位相の整合性および風構造の可能性を評価すること。
• 位相図を用いて、曲がった風構造（例：共回転相互作用領域（CIRs））の証拠として「位相湾曲」を検出すること。
• 磁場が固定されたCIRモデルを仮定し、DAC再発周期を星の回転周期の整数分率（例：1/2）として解釈すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 O星の風におけるDAC中心ドップラー速度、全原子密度、幅の時間的変化パターンは何か？
• RQ2 DACの再発周期は星の回転周期と関連づけられるか？ もしそうなら、その関数的関係は何か？
• RQ3 DAC位相図における観測された位相湾曲の原因は何か？ これは風構造とどのように関連しているか？
• RQ4 一部のDACは終端速度に達する前に消えるが、これはその形成メカニズムに何を示唆しているか？
• RQ5 DAC再発周期を用いてO型星の真の回転周期を推定するプロキシとして利用可能か？

主な発見

• DAC全原子密度は、成分が終端速度に近づくにつれて一時的に増加し、その後減少するが、一部の成分は終端速度に達する前に消失する。
• いくつかの星（例：ξ Per や 68 Cyg）において、DAC再発周期が星の回転周期のおおよそ半分であることが一貫して確認された。
• ξ Perの位相図における位相湾曲は、共回転相互作用領域（CIRs）のような曲がった風構造の直接的観測的証拠を示しており、本O星においてDAC挙動と特に関連している。
• 一部の星では、連続するDACの終端速度が系統的に異なることがあり、これは風の流れの性質の変動または複数のCIRsの存在を示唆している。
• 一部の例では、P Cygniプロファイルの青端変動周期がDAC変動周期よりも長いことがあり、これはDACの終端速度に系統的な差異があるためである可能性がある。
• DAC再発周期を回転周期のプロキシとして用いる手法は実用的であるが、$v\sin{i}$と星の半径推定値と併用することで精度が向上する。ただし、半径と傾き角の不確実性が精度に影響を与える。