[論文レビュー] Mass Transport Processes and their Roles in the Formation, Structure, and Evolution of Stars and Stellar Systems

Kenneth G. Carpenter, Margarita Karvovska+16 more|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、多波長観測と理論的進展を統合し、星や星系系の形成、構造的進化、力学的挙動において、星風、磁気再結合、降着といった質量輸送過程が中心的役割を果たしていることを確立する。質量損失と再分配が、星族全体における質量分離、角運動量の進化、化学的豊度の変化といった主要な性質を支配していることが示された。

ABSTRACT

Kenneth G. Carpenter (NASA-GSFC), Margarita Karovska (CfA), Carolus J. Schrijver (LMATC), Carol A. Grady (Eureka Scientific), Ronald J. Allen (STScI), Alexander Brown (UColo), Steven R. Cranmer (CfA), Andrea K. Dupree (CfA), Nancy R. Evans (CfA), Edward F. Guinan (Villanova U.), Graham Harper (UColo), Antoine Labeyrie (College de France), Jeffrey Linsky (UColo), Geraldine J. Peters (USC), Aki Roberge (NASA-GSFC), Steven H. Saar (CfA), George Sonneborn (NASA-GSFC), and Frederick M. Walter (SUNY)

研究の動機と目的

• 質量輸送過程が星や星系系の形成および初期進化にどのように影響を与えるかを理解すること。
• 星風、磁気再結合、降着といった、多様な天体物理学的環境で質量再分配を駆動する主要な物理的メカニズムを特定すること。
• 質量損失が星系の性質に与える影響を定量化すること。具体的には、質量分離、角運動量の進化、化学的進化を含む。
• 宇宙および地上望遠鏡からの観測データを理論的モデルと統合し、星系における質量輸送の理解を精緻化すること。

提案手法

• ハッブル宇宙望遠鏡、チャンドラX線望遠鏡、地上望遠鏡施設からの多波長観測を統合し、質量流出および降着の痕跡を追跡する。
• 磁気流体力学（MHD）シミュレーションを用いて、若い星系対象および連星系における磁気再結合および星風ダイナミクスによる質量輸送をモデル化する。
• 高分解能分光法およびインタフェロメトリを用いて、進化した星および原始星における質量損失率および速度構造を測定する。
• 可変な質量損失パラメータを組み込んだ星の進化モデルを用い、星族の長期的構造的および化学的進化をシミュレートする。
• X線およびUV放射データの分析を通じて、磁場の配置構造を推定し、それらが原始系列星および活性星における質量輸送をどのように媒介するかを解明する。
• 星の型および進化段階にわたるデータ統合を通じて、質量輸送効率を支配する普遍的なスケーリング則を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 若い星系対象および進化した星において、質量輸送を支配する主要な物理的メカニズムは何か？
• RQ2 磁場と星風が、星系における質量損失および角運動量の進化をどのように共同で制御するか？
• RQ3 質量輸送過程が星団における化学組成および質量分離に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 異なる星の型および進化段階において、質量損失の観測的痕跡はどのように変化するか？
• RQ5 原始系列星および主系列星において、質量損失率、磁気活動、星の回転との間のスケーリング関係は何か？

主な発見

• T Tauri系では、磁気再結合および降着衝撃によって、原始系列星の質量損失率が著しく増大しており、観測された値は最大で10^-8太陽質量/年まで達する。
• 若い星系対象における磁場は、質量損失をコラム状の流れに導く。高分解能分光法およびインタフェロメトリ画像による確認により、その速度は100 km/sを超える。
• 進化した星における星風による質量損失は、表面磁場および回転と強く相関しており、活性星では質量損失率が数個のオーダー増加する。
• 密度の高い星団では、質量輸送過程が急速な質量分離を引き起こし、質量の大きな星が10^7年という時間スケールで団の中心部へ移動する。
• 開放星団における化学組成勾配は、星間物質の初期不均一性ではなく、星風および連星間質量移動による質量輸送によって最もよく説明される。
• 可変な質量損失を組み込んだ理論的モデルは、定常的な質量損失を仮定した標準モデルよりも、若い星団の色-等級図をより正確に再現する。