[論文レビュー] Parameters and Winds of Hot Massive Stars

R. P. Kudritzki, Miguel A. Urbaneja|arXiv (Cornell University)|Jul 20, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、金属線ブランケット効果と風のクラッピング効果を含む高度な非局所熱力学平衡（NLTE）モデル大気を用いて、ホットで質量の大きな星のパラメータおよび質量放出率を大幅に見直したものである。効果的温度が従来の予想よりも著しく低いことが示され、これにより光度が低く、再評価された質量放出率が得られた。また、風のクラッピングの強力な証拠が得られ、Hαに基づく質量放出診断法に大幅な補正が必要であることが明らかになった。

ABSTRACT

Over the last years a new generation of model atmosphere codes, which include the effects of metal line-blanketing of millions of spectral lines in NLTE, has been used to re-determine the properties of massive stars through quantitative spectral analysis methods applied to optical, IR and UV spectra. This has resulted in a significant change of the effective temperature scale of early type stars and a revision of mass-loss rates. Observed mass-loss rates and effective temperatures depend strongly on metallicity, both in agreement with theoretical predictions. The new model atmospheres in conjunction with the new generation of 10m-class telescopes equipped with efficient multi-object spectrographs have made it possible to study blue supergiants in galaxies far beyond the Local Group in spectroscopic detail to determine accurate chemical composition, extinction and distances. A new distance determination method, the flux weighted gravity - luminosity relationship, is discussed as a very promising complement to existing stellar distance indicators. Observationally, there are still fundamental uncertainties in the determination of stellar mass-loss rates, which are caused by the fact that there is evidence that the winds are inhomogeneous and clumped. This may lead to major revisions of the observed rates of mass-loss.

研究の動機と目的

• 最先端のNLTEモデル大気を用いて、ホットで質量の大きな星の効果的温度および質量放出率スケールを再評価すること。
• 風の不均一性およびクラッピングによって引き起こされる長年の星の質量放出率診断の不確実性を解消すること。
• 金属線ブランケット効果がO型星およびB型星のスペクトルエネルギー分布および大気構造に与える影響を評価すること。
• 光度-重力の重み付き関係（flux-weighted gravity-luminosity relationship）が、外部銀河における青超巨星の新しい距離標準としての可能性を検討すること。
• UVおよび光学診断（例：PV、HeII 4686、Hα）の信頼性を評価し、質量の大きな星における風のクラッピング要因を制約すること。

提案手法

• 数百万個の金属線と非局所熱力学平衡効果を自己一貫的に含む高度なNLTEモデル大気コード（例：FASTWIND）を用いる。
• 10mクラスの望遠鏡および宇宙望遠鏡（HST、FUSE、Spitzer）からの高分解能UV、光学、赤外線スペクトルにモデルを適用する。
• 青超巨星の外部銀河における距離標準として、光度-重力の重み付き関係（log g* - L）を新規に導入する。
• 密度に依存する光学厚さスケーリング（τ ∝ ρ^x f^{x-1}）を用いて、PV 1118/1128 ÅおよびHeII 4686 Åなどの診断線からクラッピング要因f_clを推定する。
• Hαおよび電波の自由自由放射による質量放出率と、PV線プロファイルから導かれた値を比較し、f_clを推定しクラッピング補正を行う。
• P-Cygniプロファイルおよび発光線の翼部の詳細な放射線輸送モデリングにより、イオン化分率および風構造を制約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NLTE金属線ブランケット効果を含むモデル大気は、O型星の効果的温度スケールを、従来のモデルと比較してどの程度見直すか？
• RQ2 風のクラッピング効果は、Hαおよび電波診断から導かれる観測された質量放出率にどの程度の影響を与えるか？
• RQ3 クラッピングは、質量の大きな星の風における主要な診断イオン（例：PV、HeII）のイオン化バランスにどのような影響を与えるか？
• RQ4 光度-重力の重み付き関係は、外部銀河における青超巨星の距離標準として信頼性を持って使用できるか？
• RQ5 UV共鳴線（例：PV）が光学診断と組み合わされると、クラッピング要因にどのような制約を与えるか？

主な発見

• O型星の効果的温度スケールは、従来のモデルと比較して数千ケルビン程度下方に再評価され、以前の推定よりも低温で、光度も低く、質量も小さい星であることが示された。
• Hαおよび電波放射から導かれる質量放出率は、風のクラッピングのため、最大数個のオーダーで過大評価されており、一部の対象ではf_clが50に達する。
• 1118/1128 ÅのPV共鳴線はクラッピングの強力な診断として有効であり、Fullertonら（2006）はq(P⁴⁺)=1を仮定すると不自然に高い質量放出率が得られることから、f_cl ≫ 1である可能性を示唆している。
• 低温のO型星（T_eff ≤ 37,000 K）では、HeII 4686線の密度依存性がx=1に近く、Hαと比較することでクラッピングの診断として有効である。
• CSPN風（例：IC418、He2-108）のモデルフィットは、一部の対象でf_cl=50のクラッピング要因を確認した一方、他の対象では均一な風（f_cl=1）を示しており、対象間での顕著な差異が示された。
• 光度-重力の重み付き関係は、外部銀河における青超巨星の堅牢で独立した距離標準として浮上し、正確な銀河間距離測定が可能になる。