[論文レビュー] Review: Magnetic fields of O stars

G. A. Wade, Collaboration, the MiMeS|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本レビューは、O型星における磁場の観測的・理論的進展を統合し、回転周期に起因する風感受性スペクトル線の変調によって検出された強力で組織化された双極磁場が、質量放出を抑制し、回転を遅くすることを示している。LCMおよびSMCにおけるOf?p星の発見は、磁場に類似した変動を示しており、これが最初の確認された銀河外磁場を有するO型星を示唆しているが、直接的な磁場測定はまだ残っている。

ABSTRACT

Since 2002, strong, organized magnetic fields have been firmly detected at the surfaces of about 10 Galactic O-type stars. In this paper I will review the characteristics of the inferred fields of individual stars, as well as the overall population. I will discuss the extension of the 'magnetic desert', first inferred among the A-type stars, to O stars up to 60 solar masses. I will discuss the interaction of the winds of the magnetic stars with the fields above their surfaces, generating complex 'dynamical magnetosphere' structures detected in optical and UV lines, and in X-ray lines and continuum. Finally, I will discuss the detection of a small number of variable O stars in the LMC and SMC that exhibit spectral characteristics analogous to the known Galactic magnetic stars, and that almost certainly represent the first known examples of extra-Galactic magnetic stars.

研究の動機と目的

• O型星における磁場に関する現在の知識状況を要約すること、特にスペクトル的変動を用いて検出されたものについて。
• 磁場が大質量星における星風、角運動量損失、質量放出をどのように変化させるかを検討すること。
• 磁場のない領域（磁場の砂漠）のO型星への拡張の意義を評価し、星の進化に与える影響を検討すること。
• LCMおよびSMCにおけるOf?p星の光度およびスペクトル的変動に基づき、最初に知られる銀河外磁場O型星の証拠を提示すること。
• 今後の高感度偏光測定の重要性を強調し、中性子星およびマグネタールの起源を理解するためのサンプル拡大に寄与すること。

提案手法

• 最小二乗デコンボリューション法を用いた高分解能円偏光分光法により、O型星における縦方向磁場を検出する。
• 光学的・紫外線的・X線的線における周期的スペクトル線変動の分析により、磁場的斜め回転星モデルを推定する。
• 放射圧MHDシミュレーションを応用し、磁場で閉じ込められた星風をモデル化し、慣性的磁気圏と遠心力的磁気圏の状態を区別する。
• 位相合わせ光度測定およびスペクトル的モニタリングを用いて、候補磁場O型星の回転周期および磁場幾何学的構造を推定する。
• 磁場ありO型星と磁場なしO型星の表面元素組成を比較し、磁場駆動による混合または分離効果を評価する。
• 高温で低密度の磁気圏プラズマを示す紫外線およびX線の発光特徴を、磁気圏加熱と閉じ込めのトレーサーとして解釈する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 O型星における組織化された磁場の出現頻度と強度はどの程度で、星風の力学にどのように影響を与えるか？
• RQ2 O型星における磁場が回転の減速と遅い回転を引き起こす仕組みは何か？磁場ブレーキングの役割は？
• RQ3 O型星における磁場が内部の混合および核合成生成物にどの程度影響を与えるか？
• RQ4 LCMおよびSMCにおけるOf?p星のスペクトル的および光度的変動は、磁場的斜め回転星モデルで説明可能か？
• RQ5 マゼランスが銀河外の磁場O型星を検出した意義は何か？特に、のちの銀河系外の大質量星の磁気的性質を理解する上で。

主な発見

• 現在、銀河系内で11個の磁場O型星が確認されており、磁場は強力（キロガウスオーダー）、組織化されており（双極磁場）、回転軸に対して傾いていると推定されている。
• 磁場O型星の回転周期は1週間から数十年にわたり、非磁場O型星よりも著しく長く、星風結合による磁場ブレーキングと整合的である。
• 磁場O型星におけるスペクトル的変動、特にHαおよびC iii λ4650では、磁場で閉じ込められたプラズマ構造による回転調制として解釈されている。
• O型星における星風-磁場相互作用は、「動的磁気圏」として特徴づけられ、放射圧MHDモデルが最も適切であり、プラズマは閉じた磁場ループに閉じ込められている。
• 紫外線およびX線観測では、高温で低密度のプラズマ成分が確認されており、これは磁気圏加熱と閉じ込めを示している。
• LCMおよびSMCに存在する2つのOf?p星は、それぞれ約8日および約15日の周期で光度およびスペクトル的変動を示しており、磁場的斜め回転星である可能性が強く示唆され、これが最初に知られる銀河外磁場O型星である。