[論文レビュー] The advanced stages of stellar evolution: impact of mass loss, rotation, and link with B[e] stars

C. Georgy, Hideyuki Saio+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、質量損失と回転が大質量星の晩期的進化に与える影響を調査し、一部の星がHertzsprung-Russell図で青→赤→青の進化をたどることを明らかにした。主な発見は、青超巨星（BSGs）が二つの明確に異なる集団から成り立っている可能性である。一つは最初のHRD通過にいる星で、もう一つは赤超巨星段階を経て再び青領域に戻ってくる星であり、質量、表面重力、および振動特性に観測可能な差が生じる。

ABSTRACT

In this paper, we discuss some consequences of rotation and mass loss on the evolved stages of massive star evolution. The physical reasons of the time evolution of the surface velocity are explained, and then we show how the late-time evolution of massive stars are impacted in combination with the effects of mass loss. The most interesting result is that in some cases, a massive star can have a blue-red-blue evolution, opening the possibility that Blue Supergiants are composed by two distinct populations of stars: one just leaving the main sequence and crossing the HRD for the first time, and the other one evolving back to the blue side of the HRD after a Red Supergiant phase. We discuss a few possible observational tests that can allow to distinguish these two populations, and how supergiant B[e] stars fit in this context.

研究の動機と目的

• 質量損失と回転が大質量星の晩期的進化に与える影響を理解すること。
• 主系列後における表面速度の進化を引き起こす物理的メカニズムを調査すること。
• 青超巨星（BSGs）が二つの異なる進化的集団である可能性（最初のHRD通過と、赤超巨星段階を経た二回目の通過）を検討すること。
• 最初の通過と二回目の通過を区別するための観測的診断法を評価すること。
• 進化を遂げた大質量星と超巨星B[e]星（sgB[e]）の起源との関連を探索すること。

提案手法

• 太陽金属量のもとで、初期質量12～40 M⊙の星の進化モデルを用い、Geneva星進化コード（Ekström et al. 2012）に基づいた。
• 表面回転速度の進化は、角運動量保存則の追跡、不安定性による内部再分配、星風による損失を組み合わせてモデル化した。
• 赤超巨星（RSG）段階における質量損失率は、10⁻⁶～10⁻⁵ M⊙ yr⁻¹の範囲で10⁵～10⁶年間にわたりモデル化され、星の質量と構造に顕著な影響を与えた。
• 脈動の発生条件を評価するために、光度/質量比（L/M）を計算し、L/M > 10⁴ L⊙/M⊙ の条件下で奇妙モードの発生が促進されることを評価した。
• CNOサイクル燃焼の露出を示す化学成分の進化、特に¹²C/¹³C比の変化を追跡した。
• モデルの観測との整合性を検証するために、フラックス重み付き重力-光度関係（FGLR）を用い、最初の通過と二回目の通過の進化軌道を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大質量星の観測された表面速度の進化は、半径の拡大、内部角運動量輸送、星風による損失によって説明可能か？
• RQ2 どのような条件下で大質量星がHertzsprung-Russell図で青→赤→青の進化を示すか？
• RQ3 赤超巨星段階を経て再び青領域に戻ってくる星と最初のHRD通過にいる星の間で、観測可能な差は何か？
• RQ4 RSG段階における質量損失が、BSGのL/M比および脈動不安定性の可能性に与える影響は何か？
• RQ5 超巨星B[e]星（sgB[e]）の性質は、単一星進化によって説明可能か、それとも連星起源がより妥当か？

主な発見

• 初期質量が≥15 M⊙の星は、半径の拡大と星風による角運動量損失の両方の影響で、主系列後において表面速度が著しく低下する。
• 進化したモデルにおける¹²C/¹³C比は、RSG段階の終焉に近づくと急激に変化し、質量損失によってCNO燃焼物質が露出していることが示唆された。
• 二回目のHRD通過にいるBSGは、同じ効果的温度において、最初の通過にいるBSGよりも顕著に低い表面重力を持つ。これはRSG段階での質量損失に起因する。
• 二回目の通過にいるBSGのL/M比は10⁴ L⊙/M⊙を超えており、奇妙モード脈動の発生に有利な条件が整っている。
• α Cygni変星（脈動するBSG）の観測的検出は、15–25 M⊙の星における青→赤→青進化の存在を支持する。
• 星進化モデルは、ほとんどのBSGが最初の通過にいるか、RSG段階でほとんど質量を失っていない場合にのみ、観測されたFGLRを再現できた。これは、質量損失が青方向への進化を可能にする上で極めて重要な役割を果たしていることを示している。