[論文レビュー] Origin of the rotation rates of single white dwarfs

H. C. Spruit|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 1998

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

ひとこと要約

本稿では、単一の白色矮星の回転が、主系列の前身星からのものではなく、赤色超巨星分枝（AGB）段階での質量放出中に生じる弱い非軸対称な非対称性に起因する角運動量の輸送によって生じることを提案する。シミュレーションにより、質量放出における小さなランダムな非軸対称性（約10⁻³）が、観測と整合的な約1日周期の白色矮星の回転を生じることを示している。

ABSTRACT

I argue that the rotation of white dwarfs is not a remnant of the angular momentum of their main sequence progenitors but a result of the mass loss process on the AGB. Weak magnetic fields, if present in stellar interiors, are likely to maintain approximately uniform rotation in stars, both on the main sequence and on the giant branches. The nearly uniform rotation of the core of the Sun is evidence for the existence of such fields. Exactly axisymmetric mass loss on the AGB from uniformly rotating stars would lead lead to white dwarfs with very long rotation periods ($>$ 10 yr). Small random non-axisymmetries ($\sim 10^{-3}$) in the mass loss process, on the other hand, add sufficient angular momentum to explain the observed rotation periods around one day. The process illustrated with a computation of the probability distribution of the rotation periods under the combined influence of random forcing by weak nonaxisymmetries and angular momentum loss in the AGB superwind. Such asymmetries can in principle be observed by proper motion studies of the clumps in interferometric images of SiO maser emission.

研究の動機と目的

• 観測された白色矮星の回転周期（約1日）と、均一な主系列段階の角運動量から予想される理論的期待値との不一致を解消すること。
• 白色矮星の角運動量が前身星から継承されたものか、それともAGB段階で生成されたものかを調査すること。
• 弱い磁場と非軸対称な質量放出が、白色矮星の回転速度に果たす役割を特定すること。
• AGBスーパー風におけるランダムな非対称性の影響を受ける白矮星の回転周期の確率分布をモデル化すること。
• マーサー線放出クラウドの観測的特徴を、回転を駆動する背後にある非対称性と結びつけること。

提案手法

• AGB段階の質量放出プロセスを、ほぼ軸対称な風と、小さなランダムな非軸対称な摂動（振幅～10⁻³）の組み合わせとしてモデル化する。
• これらの非対称な条件下で、星から放出される風への角運動量輸送を動的モデルを用いて計算する。
• 非対称性の確率的性質に基づき、得られる白色矮星の回転周期の確率分布をシミュレートする。
• 太陽の核の回転に裏付けられるように、星内部に弱い内部磁場が存在し、ほぼ均一な回転を維持していると仮定する。
• SiOメーザー線放出クラウドの固有運動の研究を通じて、質量放出の非対称性を観測的シグネチャとして予測する。
• 風における角運動量保存を適用し、白色矮星残骸の最終的スピン周期を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 主系列段階の前身星にわずかな角運動量しか持たないにもかかわらず、なぜ単一の白色矮星が約1日周期の回転を示すのか？
• RQ2 AGB段階における非軸対称な質量放出が、白色矮星の観測された回転速度をどの程度説明できるか？
• RQ3 白色矮星の観測された回転周期を生じさせるために、AGBスーパー風にどの程度の非対称性が必要か？
• RQ4 弱い内部磁場が太陽のような星の均一なコア回転を説明できるか、そしてそれは白色矮星のスピンにどのように影響するか？
• RQ5 AGB質量放出プロセスにおける非軸対称的特徴は、メーザークラウドの固有運動の研究によって観測可能か？

主な発見

• AGBスーパー風における振幅～10⁻³の非軸対称な質量放出が、白色矮星の回転周期を約1日程度にまで引き上げるのに十分な角運動量を輸送できる。
• 軸対称的な質量放出だけでは、白色矮星の回転周期が10年以上にまで及ぶことになり、観測結果と整合しない。
• 白色矮星の回転周期の観測された分布は、質量放出プロセスにおける確率的で小さな振幅の非対称性によってうまく説明できる。
• 星内部に存在する弱い磁場は、太陽のコアの回転に裏付けられるように、星全体でほぼ均一な回転を維持する要因であると考えられる。
• 白色矮星の回転を駆動する非対称性は、原則としてSiOメーザー線放出の干渉計画像におけるクラウドの固有運動測定によって検出可能である。
• モデルは観測範囲と一致する回転周期の確率分布を予測しており、白色矮星スピンのAGB質量放出起源を支持している。