[論文レビュー] Optical properties of carbon grains: Influence on dynamical models of AGB stars

Anja C. Andersen, R. Loidl+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 29, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、炭素豘富の赤色超巨星（AGB）星の周囲物質環境の動的モデルに、非晶質炭素粒子の光学的性質が与える影響を調査する。自己整合的な放射線輸送および流体力学的モデルを用いて、質量放出率はほんのわずかにしか粒子の光学的性質に依存しないが、一方で、ほこりの凝縮度および流れ出し速度は顕著に影響を受けることが示された。スペクトルエネルギー分布（SED）は、使用する炭素粒子データセットに大きく依存し、炭化ケイ素（SiC）の影響もSEDに顕著に現れる。

ABSTRACT

For amorphous carbon several laboratory extinction data are available, which show quite a wide range of differences due to the structural complexity of this material. We have calculated self-consistent dynamic models of circumstellar dust-shells around carbon-rich asymptotic giant branch stars, based on a number of these data sets. The structure and the wind properties of the dynamical models are directly influenced by the different types of amorphous carbon. In our test models the mass loss is not severely dependent on the difference in the optical properties of the dust, but the influence on the degree of condensation and the final outflow velocity is considerable. Furthermore, the spectral energy distributions and colours resulting from the different data show a much wider spread than the variations within the models due to the variability of the star. Silicon carbide was also considered in the radiative transfer calculations to test its influence on the spectral energy distribution.

研究の動機と目的

• 非晶質炭素粒子の光学的性質を変化させた場合、炭素豘富のAGB星の周囲物質環境の動的モデルに与える影響を評価すること。
• 非晶質炭素の実験室で測定された消光係数の違いが、ほこりの凝縮および風の流れ出し予測に与える影響を評価すること。
• 放射線輸送計算において炭化ケイ素（SiC）がスペクトルエネルギー分布（SED）に与える影響を検証すること。
• モデル出力（たとえば、流れ出し速度やSED）が、ほこり粒子の光学定数の不確実性にどれほど敏感であるかを特定すること。
• 非晶質炭素粒子の実験室データを観測的診断に結びつける自己整合的フレームワークを提供すること。

提案手法

• 非晶質炭素の複数の実験室から得られた消光係数データセットを用いて、炭素豘富のAGB星の周囲ほこり殻の自己整合的動的モデルを構築した。
• スペクトルエネルギー分布（SED）および色を計算するために放射線輸送計算を実施し、非晶質炭素と炭化ケイ素（SiC）を両方のほこり成分として組み込んだ。
• 風の構造をモデル化するため、流体力学方程式を解き、ほこりの光学厚さと放射力が流れ出しを駆動するようにした。
• 時間に依存するほこりの凝縮とエネルギー収支を考慮し、実験室測定から得た光学的性質を入力とした。
• 非晶質炭素の光学的性質データセットの違いがモデル結果に与える影響を系統的に比較した。
• SEDへの寄与を評価するために、放射線輸送計算に炭化ケイ素（SiC）を含め、感度テストを実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非晶質炭素粒子の光学的性質の変動が、AGB星の周囲物質環境の動的構造にどのように影響を与えるか？
• RQ2 非晶質炭素の消光係数データの選択が、予測される流れ出し速度およびほこりの凝縮度にどの程度影響を与えるか？
• RQ3 異なる光学的性質データセットにおける、得られるスペクトルエネルギー分布（SED）および色の違いは何か？
• RQ4 炭素豔富のAGB星の観測SEDにおいて、炭化ケイ素（SiC）の相対的寄与はどの程度か？
• RQ5 モデル予測が、炭素ほこりの光学定数の不確実性にどの程度敏感か？

主な発見

• モデルにおける質量放出率は、非晶質炭素粒子の特定の光学的性質にほとんど依存しない。
• ほこりの凝縮度および最終的な流れ出し速度は、非晶質炭素の光学的性質データの選択に顕著に影響を受ける。
• 異なる非晶質炭素データセット間でのスペクトルエネルギー分布（SED）および色のばらつきは、AGB星自体の固有の変動よりも顕著である。
• 放射線輸送計算に炭化ケイ素（SiC）を含めると、特に中赤外域において予測されるSEDに測定可能な変化が生じる。
• ほこりの性質に関する不確実性によって生じるSEDのばらつきは、星の変動によって生じる範囲を上回り、正確なほこりデータの重要性を強調している。
• 自己整合的モデルは、実験室から得られた非晶質炭素の光学的性質を、AGB星の観測SEDに一致させるために慎重に選択する必要があることを示している。