[論文レビュー] Multicomponent radiatively driven stellar winds II. Gayley-Owocki heating in multitemperature winds of OB stars

Jiřı́ Krtička, J. Kubát|ArXiv.org|Aug 6, 2001

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 37被引用数 26

ひとこと要約

本稿は、OB星における多温度・多成分の放射駆動風を調査し、ガイルリー・オーウェッキー（ドップラー）加熱がイオン温度差を生じさせる主要因であることに注目している。ボルツマン方程式における速度依存の放射力から直接加熱項を導出し、B星の吸収イオン（B2より冷たい）が他の成分よりも約10³ K加熱されることが示された。再吸着が起こる場合、X線放射の可能性がある。モデルの終端速度は『調理式』に起因する系統的バイアスなしに観測値と一致する。

ABSTRACT

We show that the so-called Gayley-Owocki (Doppler) heating is important for the temperature structure of the wind of main sequence stars cooler than the spectral type O6. The formula for Gayley-Owocki heating is derived directly from the Boltzmann equation as a direct consequence of the dependence of the driving force on the velocity gradient. Since Gayley-Owocki heating deposits heat directly to the absorbing ions, we also investigated the possibility that individual components of the radiatively driven stellar wind have different temperatures. This effect is negligible in the wind of O stars, whereas a significant temperature difference takes place in the winds of main sequence B stars for stars cooler than B2. Typical temperature difference between absorbing ions and other flow components for such stars is of the order 10^3 K. However, in the case when passive component falls back onto the star the absorbing component reaches temperatures of order 10^6 K, which allows for emission of X-rays. Moreover, we compare our computed terminal velocities with the observed ones. We found quite good agreement between predicted and observed terminal velocities. The systematic difference coming from the using of the so called "cooking formula" has been removed.

研究の動機と目的

• ガイルリー・オーウェッキー加熱が、OB星の放射駆動風における成分間の温度差を駆動する役割を評価すること。
• 特に低密度風において、すべての風成分が熱平衡にあるという仮定が妥当かどうかを特定すること。
• 従来のモデルで見られた『調理式』に起因する系統的差異を解消することで、終端速度の予測を改善すること。
• 再吸着する受動的成分が、吸収イオンを約10⁶ Kまで加熱し、X線放射を可能にする条件を調査すること。

提案手法

• ボルツマン方程式における速度依存の放射力から直接、ドップラーシフトを考慮した線吸収を含めたガイルリー・オーウェッキー加熱項を導出。
• 吸収イオン、受動的プラズマ、電子の3成分からなる非等温モデルを構築し、各成分に異なる温度を割り当てた。
• 電離平衡の近似計算を用いて、イオンの酸化状態と放射力の状態を決定。
• 誤差1%未満で実現可能な、ヘルミート、ルジャンドル、シンプソンの数値積分法を用いて、GO加熱積分を計算。
• 文献からの観測値と比較することで、予測された終端速度の妥当性を検証。
• 摩擦加熱と放射加熱に加え、GO加熱が熱構造および風の力学的挙動に与える影響を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ガイルリー・オーウェッキー加熱は、OB星の多成分風の熱的構造を顕著に変化させるか？
• RQ2 特にB2より冷たいB星において、吸収イオンと受動的プラズマとの間でどの程度の温度差が発生するか？
• RQ3 受動的風成分の再吸着が、吸収イオンをX線放射に相当する温度（約10⁶ K）まで加熱できるか？
• RQ4 ボルツマン方程式に速度依存の放射力を取り入れることで、観測データと比較した場合、予測される終端速度にどのような影響を与えるか？
• RQ5 『調理式』に起因するとされる観測値と予測値の系統的差異は、本モデルで解消されたか？

主な発見

• ガイルリー・オーウェッキー加熱は、放射力の速度依存性に起因するものであり、速度独立の力の仮定を一切用いずにボルツマン方程式から導出可能である。
• B2より冷たいB星では、吸収イオンと他の成分との間で約10³ Kの温度差が生じ、主にGO加熱と摩擦加熱によるものである。
• 受動的成分の再吸着が発生する場合、吸収イオンは10⁶ K程度の温度まで加熱され、X線放射が可能なコロナ状領域が形成される。
• 本モデルは、従来の『調理式』に起因する終端速度の系統的差異を明確に解消し、観測値と良好な一致を示した。
• O星では摩擦加熱とGO加熱は無視できるが、B星では重要になり、UV過剰とX線活動に寄与する。
• 最適化された積分法と部分区間分割を用いることで、GO加熱積分の数値的取り扱いが1%未満の誤差で実現された。