[論文レビュー] Multicomponent radiatively driven stellar winds IV. On the helium decoupling in the wind of sigma Ori E

Jiřı́ Krtička, J. Kubát+1 more|ArXiv.org|Jul 18, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 16

ひとこと要約

本研究では、Bp星σ Ori Eの多成分放射駆動風におけるヘリウムの分離を、非局所熱力学平衡（NLTE）風モデルを用いて検討した。実際の条件下では水素と強い結合があるため、ヘリウムの分離は起こりにくいが、不切実に低いヘリウムイオン化度の場合にのみ可能である。また、重元素との衝突に起因する摩擦加熱は、外側風域で顕著になる。

ABSTRACT

We study the possibility of the helium decoupling in the stellar wind of sigma Ori E. To obtain reliable wind parameters for this star we first calculate an NLTE wind model and derive wind mass-loss rate and terminal velocity. Using corresponding force multipliers we study the possibility of helium decoupling. We find that helium decoupling is not possible for realistic values of helium charge (calculated from NLTE wind models). Helium decoupling seems only possible for a very low helium charge. The reason for this behaviour is the strong coupling between helium and hydrogen. We also find that frictional heating becomes important in the outer parts of the wind of sigma Ori E due to the collisions between some heavier elements and the passive components -- hydrogen and helium. For a metallicity ten times lower than the solar one both hydrogen and helium decouple from the metals and may fall back onto the stellar surface. However, this does not explain the observed chemical peculiarity since both these components decouple together from the absorbing ions. Although we do not include the effects of the magnetic field into our models, we argue that the presence of a magnetic field will likely not significantly modify the derived results because in such case model equations describe the motion parallel to the magnetic field.

研究の動機と目的

• Bp星σ Ori Eの化学的特異性をヘリウム分離が説明可能かどうかを特定すること。
• 非局所熱力学平衡（NLTE）計算を用いて、σ Ori Eの多成分放射駆動風をモデル化すること。
• 外側風域における風成分間の摩擦加熱および運動量移動の役割を評価すること。
• 風分離メカニズムが、熱い星におけるヘリウム不均一性の説明として妥当かどうかを評価すること。
• 金属量の変動が成分分離および水素・ヘリウムの降着に与える影響を調査すること。

提案手法

• σ Ori Eの非局所熱力学平衡（NLTE）風モデルを構築し、信頼性の高い風質量損失率および終端速度を導出する。
• TLUSTYおよびOpacity Projectの原子データを用いて、水素、ヘリウム、重元素の力乗数を計算する。
• Coulomb衝突による風成分間の運動量移動をモデル化するために、多成分流体力学方程式を適用する。
• 水素、ヘリウム、重元素イオン間の結合強度を評価するために、速度差式を用い、特にΔv_HαおよびΔv_iHに注目する。
• 運動量移動項の比較と成分間の速度差推定により、摩擦加熱の重要性を評価する。
• 特にヘリウムイオン化度の変化を考慮して、式（19）における速度差比の符号および大きさを分析し、分離条件を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 σ Ori Eの放射駆動風において、ヘリウムが水素および重元素から分離可能か？
• RQ2 NLTEモデリングに基づく、σ Ori Eの現実的風パラメータ（質量損失率、終端速度）は何か？
• RQ3 水素-ヘリウム結合の強度がヘリウム分離の可能性に与える影響はいかほどか？
• RQ4 摩擦加熱は、σ Ori Eの外側風の力学的挙動にどの程度影響を及えるか？
• RQ5 どのような金属量条件下で、水素およびヘリウムが同時に分離し、星に戻って落下する可能性があるか？

主な発見

• NLTE風モデルは、σ Ori Eの観測的制約と整合する風質量損失率および終端速度をもたらした。
• 現実的なヘリウムイオン化度ではヘリウム分離は実現不可能であり、不切実に低いヘリウムイオン化度の場合にのみ可能である。
• 水素とヘリウムの強い結合により、効果的な分離は不可能であり、Δv_HαがΔv_iHに比べて小さく保たれる。
• 重元素と水素・ヘリウムの被動成分との衝突に起因する摩擦加熱は、低金属量条件下で外側風域で顕著になる。
• 太陽金属量の10分の1の金属量では、水素およびヘリウムが金属から分離し、落下する可能性があるが、両者が同時に分離するため、観測された化学的特異性の説明にはならない。
• 磁場効果は結果に顕著な影響を及ぼさないと考えられる。モデル式は磁場線に沿っても有効であり、分析では強い磁場効果は検出されなかった。