[論文レビュー] Rotational velocities of A-type stars IV. Evolution of rotational velocities

J. Zorec, F. Royer|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 68被引用数 115

ひとこと要約

本研究では、2,014顆のA型星の回転速度を分析し、質量および年齢依存の表面回転の進化を調査する。星の進化モデルと光度測定データを用いて、2.5 M☉未満の星は主系列で単調な加速を示すのに対し、より質量の大きな星（1.7–3.2 M☉）は初期に強く加速した後、ほぼ一定の回転を示すことが判明し、主系列期間を通じて差別的回転が生じていることが示唆される。主な発見は、観測された回転進化が理論的予測と著しく異なることであり、星が主系列に到達する際に臨界剛体回転子の限界を下回る角運動量を有しており、特徴的な時定数が約0.2 tMSの差別的回転子として進化していることが示唆される。

ABSTRACT

In previous works of this series, we have shown that late B- and early A-type stars have genuine bimodal distributions of rotational velocities and that late A-type stars lack slow rotators. The distributions of the surface angular velocity ratio Ω/Ω_crit (Ω_crit is the critical angular velocity) have peculiar shapes according to spectral type groups, which can be caused by evolutionary properties. We aim to review the properties of these rotational velocity distributions in some detail as a function of stellar mass and age. We have gathered v sin i for a sample of 2014 B6- to F2-type stars. We have determined the masses and ages for these objects with stellar evolution models. The (Teff, log L/Lsun)-parameters were determined from the uvby-βphotometry and the HIPPARCOS parallaxes. The velocity distributions show two regimes that depend on the stellar mass. Stars less massive than 2.5 Msun have a unimodal equatorial velocity distribution and show a monotonical acceleration with age on the main sequence (MS). Stars more massive have a bimodal equatorial velocity distribution. Contrarily to theoretical predictions, the equatorial velocities of stars from about 1.7 Msun to 3.2 Msun undergo a strong acceleration in the first third of the MS evolutionary phase, while in the last third of the MS they evolve roughly as if there were no angular momentum redistribution in the external stellar layers. The studied stars might start in the ZAMS not necessarily as rigid rotators, but with a total angular momentum lower than the critical one of rigid rotators. The stars seem to evolve as differential rotators all the way of their MS life span and the variation of the observed rotational velocities proceeds with characteristic time scales δ(t)\sim 0.2 t_MS, where t_MS is the time spent by a star in the MS.

研究の動機と目的

• A型星の表面回転速度分布が質量および年齢とともにどのように進化するかを調査すること。
• 観測された回転行動が角運動量再分配の理論的予測と整合するかを特定すること。
• 星が主系列に到達する際に、剛体回転子の臨界限界を下回る角運動量を有しているかを評価すること。
• 差別的回転が主系列期間を通じて観測された表面速度をどのように形作っているかを検討すること。

提案手法

• 高精度の光度測定およびHIPPARCOSパラレルスを用いて、2,014顆のB6–F2型星のv sin i測定値を収集した。
• uvby–β光度測定を用いて効用温度および全放射光度を導出し、星の進化モデルを用いて質量および年齢を特定した。
• 質量および進化段階（t/tMS）に応じた回転速度分布をマッピングし、単峰性と二峰性の挙動を区別した。
• 角運動量再分配の理論的モデルと観測された回転進化を比較し、特に質量の大きな星における乖離に注目した。
• シェルラル型回転を仮定して内部角運動量プロファイルを推定し、剛体回転子と差別的回転子モデルの限界を検証した。
• 放射性対流的二分性が、高速回転星における回転則およびvon Zeipel係数に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 A型星における回転速度分布は、星の質量および年齢に応じて体系的に変化するか？
• RQ2 A型星における観測された回転進化は、角運動量再分配の理論的モデルと整合するか？
• RQ3 星が主系列に到達する際に、剛体回転子の臨界限界を下回る角運動量を有しているか？
• RQ4 星が主系列期間中に剛体回転子ではなく、どれほど差別的回転子として進化しているか？
• RQ5 内部回転プロファイルのうち、特に質量の大きなA型星において観測された表面速度進化を説明できるのはどのようなものか？

主な発見

• 2.5 M☉未満の星は単峰性の表面速度分布を示し、主系列を通じて単調な加速を示す。
• 1.7–3.2 M☉の星は、主系列の最初の3分の1で強く加速し、残りの2/3ではほぼ一定の回転を示す。これは、角運動量再分配が最小限であることを示唆する。
• 観測された回転進化は理論的モデルと著しく異なる。特に3 M☉の星では、主系列の最初半分で顕著な乖離が認められる。
• 本研究で対象とした全質量の星は、主系列に到達する際に剛体回転子の臨界値を下回る総角運動量を有している可能性が高い。
• 観測された回転速度変化の特徴的な時定数はδt ≈ 0.2 tMSであり、質量依存の進化時定数を示している。
• 主系列の終焉には、質量の大きな星（≥2.5 M☉）は剛体回転子が維持できる限界を超える回転エネルギーを有しており、強い差別的回転子として進化していることが確認された。