[論文レビュー] Synthetic photometry for carbon-rich giants. IV. An extensive grid of dynamic atmosphere and wind models

Kimmo Eriksson, W. Nowotny+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 38被引用数 44

ひとこと要約

本稿では、太陽金属量の炭素豘上A型巨星（C-rich AGB stars）のための540個の動的大気および風モデルのグリッドを提示し、0.35–25 μmの低分解能スペクトルおよび光度を計算することで、質量放出と時間に依存する挙動の研究を行っている。モデルは質量放出率および色について観測と良好な一致を示すが、風速度のずれは、粒子の不透明度仮定およびパrameter範囲の改善が求められることを示唆しており、星の進化モデルにおける質量放出率に顕著な変更を加えることなく、その改善が可能である。

ABSTRACT

The evolution and spectral properties of stars on the AGB are significantly affected by mass loss through dusty stellar winds. Dynamic atmosphere and wind models are an essential tool for studying these evolved stars, both individually and as members of stellar populations, to understand their contribution to the integrated light and chemical evolution of galaxies. This paper is part of a series testing state-of-the-art atmosphere and wind models of carbon stars against observations, and making them available for use in various theoretical and observational studies. We have computed low-resolution spectra and photometry (in the wavelength range 0.35-25 mu) for a grid of 540 dynamic models with stellar parameters typical of solar-metallicity C-rich AGB stars and with a range of pulsation amplitudes. The models cover the dynamic atmosphere and dusty outflow (if present), assuming spherical symmetry, and taking opacities of gas-phase species and dust grains consistently into account. To characterize the time-dependent dynamic and photometric behaviour of the models in a concise way we defined a number of classes for models with and without winds. Comparisons with observed data in general show a quite good agreement for example regarding mass-loss rates vs. (J-K) colours or K magnitudes vs. (J-K) colours. Some exceptions from the good overall agreement, however, are found and attributed to the range of input parameters (e.g. relatively high carbon excesses) or intrinsic model assumptions (e.g. small particle limit for grain opacities). While current results indicate that some changes in model assumptions and parameter ranges should be made in the future to bring certain synthetic observables into better agreement with observations, it seems unlikely that these pending improvements will significantly affect the mass-loss rates of the models.

研究の動機と目的

• 理論的および観測的研究を支援するため、C-rich AGB星のための一貫性があり、公開可能な動的大気および風モデルのグリッドを開発すること。
• 最新のモデルの性能を、炭素豔上巨星の観測された光度およびスペクトル的性質と照らし合わせて検証すること。
• 合成観測量と観測値との乖離を特定し、今後のモデル改善の方向性を示すこと。
• 星の進化計算に使用する際の、モデルから導かれる質量放出率の頑健性を評価すること。
• 特に粒子の不透明度の上限およびパrameter範囲の仮定が、合成観測量に与える影響を評価すること。

提案手法

• 球対称かつ時間に依存する衝撃波を有する540個の動的モデルに対して、0.35–25 μmの範囲で低分解能スペクトルおよび光度を計算する。
• 気体成分およびダスト粒子の不透明度を一貫して取り入れ、小粒子極限における非晶質炭素（amC）を含む。
• Mattsson et al. (2010) のグリッドに基づき、太陽金属量のC-rich AGB星に典型的な星のパラメータを用い、振動振幅を変化させる。
• 動的挙動および風の有無に基づいてモデルクラスを定義し、時間に依存する光度および大気的性質を要約的に特徴付ける。
• 2MASSおよびIRASなどの調査から得られた観測データと、合成観測量（例：(J–K)色、K等級、質量放出率）を比較する。
• 炭素過剰、光度、振動振幅などの入力パラメータへの感度を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 動的大気および風モデルは、炭素豔上AGB星の観測された光度色（例：(J–K)）および等級をどの程度正確に再現できるか？
• RQ2 振動振幅および炭素過剰を変化させた場合、合成された質量放出率および風速度にどのような影響があるか？
• RQ3 特にダストの不透明度の小粒子極限という仮定が、合成観測量にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ4 特に低質量および低光度の星において、現在のモデル予測の風速度は観測と整合しているか？
• RQ5 風速の予測に既知のずれが存在するにもかかわらず、これらのモデルから得られる質量放出率は、星の進化コードに信頼性を持って使用できるか？

主な発見

• 質量放出率と(J–K)色、K等級と(J–K)色の両面で、観測と一般的に良好な一致を示している。
• 炭素過剰が大きいモデルでは、観測された星と比較して風速度が高すぎる傾向にあり、このような星がまれであるか、モデル仮定の再検討が必要である可能性を示唆している。
• 低(C–O)値および高質量放出率を示すモデルでは、風速度が不自然に低く予測されるため、粒子サイズ依存のダスト不透明度の導入がこのバイアスを是正するために必要である。
• 予備的検討では、小粒子極限ではなく粒子サイズ依存のダスト不透明度を用いることで、ゆっくりとした風では風速が上昇するが、質量放出率は顕著に変化しないことが示唆された。
• 風速の予測にずれが存在するにもかかわらず、質量放出率は頑健であり、今後のモデル改善によって顕著に変化する可能性は低い。
• Wachter et al. (2002) の質量放出式は、現在のモデルと比べて系統的に高い値を出力しており、観測との良好な一致を鑑み、見直しを求めるべきである。