[論文レビュー] Near-infrared narrow-band photometry of M-giant and Mira stars: models meet observations

R. Álvarez, B. Plez|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 1997

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 55

ひとこと要約

本研究では、256個の酸素豊富なミラ変星の近赤外狭帯域光度測定と、高度な静水圧および流体力学的モデル大気を組み合わせ、観測された色-色図とTiOおよびVO分子バンドインデックスの位相遅れを再現した。衝撃誘発の大気摂動が観測された位相反動を駆動していることが確認され、特に初期型M型巨星およびミラ光曲線において、合成色と観測値の間に強い一致が得られた。

ABSTRACT

From near-infrared, narrow-band photometry of 256 oxygen-rich Mira variables we obtain evidence about the loops that these stars follow in colour-colour diagrams. We also find a phase lag between indices related to molecular band-strength of titanium oxide and vanadium oxide. We compute colours for normal M-giants and Miras using hydrostatic and hydrodynamic model atmospheres and very extensive up-to-date line lists. Normal M-giants colours are well reproduced, reaching a high quantitative agreement with observations for spectral types earlier than M7. The out-of-phase variations of the various spectral features of Miras are also acceptably reproduced, despite limitations in the modelling. This enables us to confirm that the phase lag phenomenon results from the propagation of perturbations in the extended atmosphere. It opens new perspectives in the spectral modelling of Miras.

研究の動機と目的

• 近赤外狭帯域光度測定で得られたM型巨星およびミラ変星の色-色ループを解釈すること。
• ミラ変星におけるチタン酸化物（TiO）およびバナジウム酸化物（VO）分子バンド強度インデックスの間の位相遅れの原因を調査すること。
• 現代の静水圧および流体力学的モデル大気の、冷却星における観測された光度変化を再現する能力を検証すること。
• 長期間変動星の動的星大気におけるL谷近似（LTE）および平衡化学組成の仮定の妥当性を評価すること。
• 包括的なラインリストと更新された光学アクティビティを用いた、冷却で脈動する星の正確な合成光度測定およびスペクトルモデリングの基盤を確立すること。

提案手法

• 1972年、ロックウッドが提唱した5色狭帯域光度測定システム（78, 87, 88, 104, 105フィルター）を用い、256個の酸素豊富なミラ変星の1501回の位相ロックされた測定から、TiOおよびVOバンド強度インデックスを抽出した。
• TiOおよびVOを含む分子の更新済みで包括的なラインリストを用いた、L谷近似（LTE）放射線輸送を静水圧モデル大気に適用し、合成色を計算した。
• 同じL谷近似（LTE）放射線輸送を、脈動速度場と平衡化学組成を持つ1つの流体力学的モデル大気（Höfnerら）に適用し、時間依存変化を模擬した。
• ミラ星の全光度サイクルにわたる位相平均変化と比較して、合成色インデックス（例：78–88、105–104）を評価した。
• 0.78–1.05 μm範囲における分子吸収特徴の正確な表現を確保するため、高精度のラインリストおよび光学アクティビティデータを用いた。
• 静的および動的両モデルにおける大気構造および温度層化を考慮し、観測されたフラックス変化および色シフトを再現した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ミラ星の色-色図における観測されたループは、周期的な大気脈動および衝撃波の伝播によるものか？
• RQ2 ミラ変星におけるTiOおよびVO分子バンド強度インデックスの間の位相遅れの原因は何か？
• RQ3 静水圧モデル大気は、初期型M型巨星（Teff > 3100 K）の観測色を高精度で再現できるか？
• RQ4 L谷近似（LTE）および平衡化学組成を仮定した1つの流体力学的モデルが、ミラ星の観測位相平均光度変化をどの程度再現できるか？
• RQ5 L谷近似（LTE）、非L谷近似（non-LTE）効果の欠落、および速度場ドップラーシフトの無視といった制限要因が、モデルと観測値の一致に与える影響は何か？

主な発見

• 観測されたミラ星の色-色図（例：78–87 対 105–104）におけるループは、合成モデルによってよく再現されており、一貫性のある大気力学的挙動を示している。
• TiOおよびVOバンド強度インデックス間に顕著な位相遅れが観測的に確認され、VOの特徴がTiOの特徴よりも後にピークに達している。
• 静水圧モデルは、M7より早いスペクトル型（Teff > 3100 K）のM型巨星の観測色を高い定量的整合性で再現しており、モデル入力の妥当性が裏付けられた。
• L谷近似（LTE）放射線輸送を用いた流体力学的モデルは、簡略化にもかかわらず、観測された色変化の振幅および位相遅れをうまく再現した。
• 位相遅れは、拡張した大気中を伝播する衝撃波に起因し、TiOおよびVOは異なる深さで形成され、脈動に応じて時間遅れを示す。
• M8–M9のような後期スペクトル型では、欠落した光学アクティビティ源、非L谷近似（non-LTE）効果、または非平衡化学組成の欠落が原因で、モデルと観測値の乖離が生じている可能性が高く、現在のモデリングにおける主な限界を示している。