[論文レビュー] Properties of detached shells around carbon stars: Evidence of interacting winds

F. L. Schoeier, M. Lindqvist+1 more|ArXiv.org|Mar 10, 2005

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 50

ひとこと要約

本研究では、炭素星の周囲に存在する分離型分子殻とほどの放射線輸送モデリングを実施し、相互作用する風の強力な証拠を提示する。約300年間、質量放出率が~10⁻⁵ M⊙ yr⁻¹の高圧力の質量放出イベントに続き、その後低質量放出率 (~10⁻⁸ M⊙ yr⁻¹) に戻ることで、観測された殻の運動学的特性と質量分布が説明可能である。DR~Serは、このような若年齢殻系の新たな例として特定された。

ABSTRACT

The nature of the mechanism responsible for producing the spectacular, geometrically thin, spherical shells found around some carbon stars has been an enigma for some time. Based on extensive radiative transfer modelling of both CO line emission and dust continuum radiation for all objects with known detached molecular shells, we present compelling evidence that these shells show clear signs of interaction with a surrounding medium. The derived masses of the shells increase with radial distance from the central star while their velocities decrease. A simple model for interacting winds indicate that the mass-loss rate producing the faster moving wind has to be almost two orders of magnitudes higher (~10^-5 solar masses per year) than the slower AGB wind (a few 10^-7 solar masses per year) preceding this violent event. At the same time, the present-day mass-loss rates are very low indicating that the epoch of high mass-loss rate was relatively short, on the order of a few hundred years. This, together with the number of sources exhibiting this phenomenon, suggests a connection with He-shell flashes (thermal pulses). We report the detection of a detached molecular shell around the carbon star DR Ser, as revealed from new single-dish CO (sub-)millimetre line observations. The properties of the shell are similar to those characterising the young shell around U Cam.

研究の動機と目的

• 炭素星の周囲に観測される幾何学的に薄い分離型分子殻の物理的起源を調査すること。
• これらの殻が一時的で高圧力の質量放出イベントと事前に存在するゆっくりとした風との相互作用によって生じるかどうかを特定すること。
• 複数のCOラインおよびほどの連続放射観測を用いて、炭素星の質量放出歴を制約すること。
• 新たな分離型殻源を特定し、AGB星におけるこのような現象の広がりを評価すること。
• Heシェルフレッシュ（熱的パルス）が観測された質量放出の変動を駆動する役割を評価すること。

提案手法

• R~Scl、U~Cam、V644~Sco、およびDR~Serの単一電波アンテナを用いたCO（準）ミリ波長ライン観測を実施し、分離型殻を検出し特徴を特定した。
• COライン放射およびほどの連続放射の放射線輸送モデリングを実施し、殻の物理的パラメータを導出した。
• 二重風相互作用モデルを用いた：高速で高質量放出率風（~10⁻⁵ M⊙ yr⁻¹）が、事前に存在するゆっくりとしたAGB風（~10⁻⁷ M⊙ yr⁻¹）と衝突するモデル。
• 複数のCO遷移（J=1→0からJ=8→7まで）における殻の運動学的特性および強度プロファイルをモデリングし、温度と密度を制約した。
• モデル予測と観測されたライン強度および空間的形状を比較し、整合性を評価した。
• ほどの散乱光および赤外データからの制約を統合し、殻の位置と質量の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 幾何学的に薄い分離型分子殻が炭素星の周囲に形成される原因は何ですか？
• RQ2 観測された殻の運動学的特性と質量分布は、相互作用する風のシナリオで説明可能でしょうか？
• RQ3 高圧力噴出イベントに関連する時間スケールと質量放出率はどの程度ですか？
• RQ4 中心星からの半径的距離に応じて、殻の物理的性質（質量、速度、温度）はどのように変化しますか？
• RQ5 殻形成とAGB進化におけるHeシェルフレッシュ（熱的パルス）の間に相関があるでしょうか？

主な発見

• 炭素星DR~Serの周囲に新たな分離型分子殻が検出され、既知の同様のシステムの数は合計で7つに増加した。
• 観測されたすべての源において、殻の質量は中心星からの半径的距離とともに増加するが、その膨張速度は減少する。
• 観測データは、約300年間、質量放出率が~10⁻⁵ M⊙ yr⁻¹の短時間の高圧力質量放出イベントに続き、その後~10⁻⁸ M⊙ yr⁻¹の低質量放出率に戻るというシナリオで最もよく説明される。
• 相互作用する風モデルは、複数のCO遷移における観測された殻の形状、運動学的特性、ライン強度をうまく再現した。
• 気体の力学的温度は最も不確実性の高いパラメータであり、高JのCO遷移が今後の制約に最も有望である。
• R~Sclでは、ほどの散乱光とCOモデリングの間に矛盾が認められ、おそらく別個の質量放出歴を示しており、干渉計測定によるさらなる研究が求められる。