[論文レビュー] Mass-loss rates and luminosity functions of dust-enshrouded AGB stars and red supergiants in the LMC

JT van Loon, M. A. T. Groenewegen+6 more|arXiv (Cornell University)|Sep 24, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 19

ひとこと要約

本研究では、ISOおよび地上望遠鏡の赤外線データを用いた放射平衡輸送モデルを適用し、大マジラン銀河の100万光年圏内のほこりに包まれたAGB星および赤超巨星57個の質量放出率と全波長放射光度を導出している。質量放出率は10⁻⁷〜10⁻³ M⊙ yr⁻¹の広範囲にわたり、全波長放射光度M_bol ≈ -7.5 magに位置する明確な光度ギャップがAGB星とRSGの間で確認された。特に赤超巨星および進化したAGB星では、複数回散乱によって放射力の運動量限界を上回る高効率な質量放出が短時間に集中して発生していることが示された。

ABSTRACT

A radiative transfer code is used to model the spectral energy distributions of 57 mass-losing Asymptotic Giant Branch (AGB) stars and red supergiants (RSGs) in the Large Magellanic Cloud (LMC) for which ISO spectroscopic and photometric data are available. As a result we derive mass-loss rates and bolometric luminosities. A gap in the luminosity distribution around M_bol = -7.5 mag separates AGB stars from RSGs. The luminosity distributions of optically bright carbon stars, dust-enshrouded carbon stars and dust-enshrouded M-type stars have only little overlap, suggesting that the dust-enshrouded AGB stars are at the very tip of the AGB and will not evolve significantly in luminosity before mass loss ends their AGB evolution. Derived mass-loss rates span a range from Mdot about 10^-7 to 10^-3 M_sun/yr. More luminous and cooler stars are found to reach higher mass-loss rates. The highest mass-loss rates exceed the classical limit set by the momentum of the stellar radiation field, L/c, by a factor of a few due to multiple scattering of photons in the circumstellar dust envelope. Mass-loss rates are lower than the mass consumption rate by nuclear burning, Mdot_nuc, for most of the RSGs. Two RSGs have Mdot >> Mdot_nuc, however, suggesting that RSGs shed most of their stellar mantles in short phases of intense mass loss. Stars on the thermal pulsing AGB may also experience episodes of intensified mass loss, but their quiescent mass-loss rates are usually already higher than Mdot_nuc.

研究の動機と目的

• 赤外線SEDを用いて、大マジラン銀河（LMC）のほこりに包まれたAGB星および赤超巨星の質量放出率と全波長放射光度を定量化すること。
• 全波長放射関数解析を通じて、AGB星とRSGの進化的差異を特定すること。
• 質量放出率が放射運動量限界（L/c）を超えるかどうかを検証し、風を駆動する要因としての複数回散乱の役割を評価すること。
• 質量放出率、全波長放射光度、効果的温度、核燃焼による質量消費率との関係を調査すること。
• 炭素豊富型と酸素豊富型AGB星の進化的状態を、全波長放射関数と質量放出行動の分析を通じて明確化すること。

提案手法

• ISOの分光および光度測定データを用い、57個のLMCのAGB星およびRSGのスペクトルエネルギー分布（SED）をモデル化するため、球対称な放射平衡輸送コードを適用した。
• 観測された赤外線SEDに適合させるために、星のSED、ダスト粒子の光学的性質、CSEの幾何構造といった入力パラメータを用い、物理的パラメータを導出した。
• LMCまでの距離が既知であることを利用し、SEDフィッティングから導かれた効果的温度を基に全波長放射光度を補正した。
• 導出された質量放出率を放射運動量限界（L/c）および核燃焼による質量消費率（Ṁ_nuc）と比較し、風の駆動機構と進化的意味の解釈を評価した。
• 化学組成（酸素豊富型対炭素豊富型）およびスペクトル型による分類を実施し、全波長放射光度と質量放出トレンドの分析を行った。
• 単一散乱限界と比較することで、複数回散乱が運動量移動をどのように強化しているかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ほこりに包まれたAGB星および赤超巨星の全波長放射光度分布はどのように分布しており、両群の明確な分離が見られるか？
• RQ2 AGB星およびRSGの質量放出率は、全波長放射光度および効果的温度とどのように関係しており、観測されたトレンドを駆動する要因は何か？
• RQ3 観測された質量放出率は放射運動量限界（L/c）と整合しているか、それとも複数回散乱の説明が必要か？
• RQ4 質量放出率と核燃焼による質量消費率（Ṁ_nuc）との関係は何か。これはRSGの進化的状態にどのような含意をもたらすか？
• RQ5 明るい炭素星の存在は、AGBの頂点付近で最終的な熱パルスとHBBの停止によって説明可能か？

主な発見

• ほこりに包まれたAGB星およびRSGの全波長放射光度分布には、M_bol ≈ -7.5 magに明確なギャップが確認され、AGB星とRSGの群が分離している。
• 質量放出率は約10⁻⁷から10⁻³ M⊙ yr⁻¹の広範囲にわたり、より明るく、より冷却された星で高い値を示す。
• 一部の星では、放射運動量限界（L/c）を数倍上回る質量放出率が観測され、ほこりを含む周囲星間物質で光子の複数回散乱が発生している証拠となった。
• 核燃焼による質量消費率（Ṁ_nuc）を著しく上回る質量放出率を示すRSGはまれだが存在し、短時間に集中した強力な質量放出フェーズを示している。
• ほこりに包まれたAGB星では、質量放出率が常にṀ_nucを上回っており、静穏期においても質量放出が進化の主因である可能性を示唆している。
• より遅いスペクトル型（冷却された温度）およびより高い全波長放射光度を示す星では、より大きな質量放出率が観測され、効果的温度および全波長放射光度に強く依存していることが示された。