[論文レビュー] Stellar evolution with rotation X: Wolf-Rayet star populations at solar metallicity

G. Meynet, A. Maeder|ArXiv.org|Apr 3, 2003

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 24被引用数 300

ひとこと要約

本研究は、太陽金属量におけるWolf-Rayet (WR)星の集団に回転が与える影響を、更新された質量放出率と回転効果を用いて調査している。回転によりWR星の寿命が著しく延び、特にHを豊富に含むWNL段階が延長され、WR形成の質量閾値が約22 M⊙に低下し、60 M⊙未満でWN/WC段階への遷移が可能になる。また、観測されたWR/O、WN/WC、遷移星の比率と整合性が向上し、非回転モデルで長年解けなかった矛盾が解消される。

ABSTRACT

We examine the properties of Wolf--Rayet (WR) stars predicted by models of rotating stars taking account of the new mass loss rates for O--type stars and WR stars (Vink et al. \cite{Vink00}, \cite{Vink01}; Nugis & Lamers \cite{NuLa00}) and of the wind anisotropies induced by rotation. We find that the rotation velocities $v$ of WR stars are modest, i.e. about 50 km s$^{-1}$, not very dependant on the initial $v$ and masses. For the most massive stars, the evolution of $v$ is very strongly influenced by the values of the mass loss rates; below $\sim$12 M$_\odot$ the evolution of rotation during the MS phase and later phases is dominated by the internal coupling. Massive stars with extreme rotation may skip the LBV phase. Models having a typical $v$ for the O--type stars have WR lifetimes on the average two times longer than for non--rotating models. The increase of the WR lifetimes is mainly due to that of the H--rich eWNL phase. Rotation allows a transition WN/WC phase to be present for initial masses lower than 60 M$_\odot$. The durations of the other WR subphases are less affected by rotation. The mass threshold for forming WR stars is lowered from 37 to 22 M$_\odot$ for typical rotation. The comparisons of the predicted number ratios WR/O, WN/WC and of the number of transition WN/WC stars show very good agreement with models with rotation, while this is not the case for models with the present--day mass loss rates and no rotation. As to the chemical abundances in WR stars, rotation brings only very small changes for WN stars, since they have equilibrium CNO values. However, WC stars with rotation have on average lower C/He and O/He ratios. The luminosity distribution of WC stars is also influenced by rotation.

研究の動機と目的

• 非回転星モデルと太陽金属量におけるWolf-Rayet (WR)星集団の観測結果との間の矛盾を解消すること。
• 更新された質量放出率（Vink et al. 2000, 2001; Nugis & Lamers 2000）と回転効果がWR星の進化に与える影響を調査すること。
• 回転が観測されたWR星の数の比（WR/O、WN/WC）および遷移WN/WC星の頻度を説明できるかどうかを検討すること。
• 回転がWR星の化学成分と光度分布に与える影響を評価すること。
• 標準モデルがWC星を過剰に予測し、WR星を不足予測する問題が回転によって解消されるかどうかを評価すること。

提案手法

• O型星およびWR星の更新された質量放出率を用いた回転星の進化モデルを用い、風のクラスタリングと二重安定性限界を含めた。
• 表面組成と角運動量の進化をモデル化するため、回転混合と内部結合を組み込んだ。
• 非回転星の挙動を分離するために、観測データに補正係数を適用して非回転星の質量放出率を低減した。
• HR図における進化経路を追跡し、WR段階と表面組成の変化に注目した。
• 定常的星形成領域における観測されたWR/O、WN/WC、および遷移WN/WC星の比率とモデル予測を比較した。
• 表面組成の進化（C/N、C/He、O/He）と光度-組成図（例：(C+O)/He 対 L/L⊙）を分析し、WR亜型の分布を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 回転は、特にWNL段階とWN/WC段階におけるWolf-Rayet星の寿命にどのように影響するか？
• RQ2 非回転モデルと比較して、回転が観測されたWR星の数の比（WR/O、WN/WC）に与える影響は何か？
• RQ3 回転が観測された遷移WN/WC星の頻度（約4.4％）を説明できるか？非回転モデルではこれを再現できない。
• RQ4 回転は、WNおよびWC亜型におけるWR星の化学成分にどのように影響するか？
• RQ5 回転がWR星形成の質量閾値とWC星の光度分布に与える影響は何か？

主な発見

• 回転を含むモデルでは、非回転モデルと比較して平均WR星の寿命が2倍に延び、主にHを豊富に含むH-rich WNL段階の延長によるものである。
• 回転を含めると、WR星形成の質量閾値が37 M⊙から22 M⊙に低下する。
• 回転により、初期質量が60 M⊙未満の星に対してもWN/WC段階への遷移が可能となり、観測された約4.4％の頻度と整合する。
• 回転により、非回転モデルと比較してWC星のC/HeおよびO/He比が低下し、化学組成が変化する。
• 回転モデルでは、WC星の進化経路が(C+O)/He 対光度図において、質量放出が少ない初期段階のため、光度が低くなる方向にシフトする。
• 観測されたWR/OおよびWN/WCの数の比は、回転モデルでよく再現されるが、現在の質量放出率を用いた非回転モデルでは観測結果と一致しない。