[論文レビュー] The adventure of carbon stars - Observations and modelling of a set of C-rich AGB stars

Gioia Rau, Josef Hron+6 more|arXiv (Cornell University)|Jan 16, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、VLTI/MIDI干渉計測、分光的・光度的測定、および動的モデル大気を組み合わせて、6つの炭素豊富なAGB星の大気構造と質量放出を調査した。モデルは長波長域のSEDおよび可視度データを良好に再現し、ミラ型星は断続的な質量放出を示す拡張したシェル状構造を持つのに対し、非ミラ型星はよりコンパクトで質量放出率が低いことが明らかになった。これはTP-AGB進化モデルと整合的である。

ABSTRACT

Modeling stellar atmospheres is a complex, intriguing task in modern astronomy. A systematic comparison of models with multi-technique observations is the only efficient way to constrain them. Aims: We performed a self-consistent modeling of the atmospheres of six C-rich AGB stars: R Lep, R Vol, Y Pav, AQ Sgr, U Hya and X TrA, with the aim of enlarging the knowledge of the dynamic processes occurring in their atmospheres. Methods. We used VLTI/MIDI interferometric observations, in combination with spectro-photometric data, and compared them with self-consistent dynamic models atmospheres. Results: The models can reproduce SED data well at wavelengths longwards of 1μm, and the interferometric observations between 8μm and 10μm. Discrepancies could be due to a combination of data- and model-related effects. The models best fitting the Miras are significantly extended, with a prominent shell-like structure, while the models best fitting the non-Miras are more compact, showing lower average mass-loss. The mass loss is of episodic or multi-periodic nature, but causes the visual amplitudes to be notably larger than the observed ones. Stellar parameters were derived from the model fitting: T_eff, L_bol, M, C/O, $\dot{ ext{M}}$. Our findings agree well with literature values within the uncertainties. T_eff and L_bol are also in good agreement with the T derived from the angular diameter θ_{(V-K)} and L_bol from the SED fitting, except for AQ Sgr. Finally, θ_Ross and θ_(V-K) agree with each other better for the Miras than for the non-Miras,which is probably connected to the episodic nature of the latter models. We also located the stars in the H-R diagram, comparing them with evolutionary tracks. We found that the main derived properties from the model fitting are in good agreement with TP-AGB evolutionary calculations for carbon stars (COLIBRI code).

研究の動機と目的

• 多技術による観測と自己一貫性のあるモデル化を通じて、炭素豊富なAGB星における動的大気プロセスを理解すること。
• モデルフィッティングにより、効果的温度、全放射光度、質量、C/O比、質量放出率などの星のパラメータを制約すること。
• 脈動とチリ駆動風が、C豊富なAGB星の周囲環境をどのように形作っているかを調査すること。
• 現在の動的モデル大気（DARWIN）が、可視光および中赤外域の観測SEDおよび可視度をどれほど正確に再現できるかの限界を検証すること。
• モデル予測と干渉計測データを比較し、チリ粒子のサイズと吸収率仮定がモデル精度に与える影響を評価すること。

提案手法

• 高分解能を実現するVLTI/MIDI干渉計測観測を用いて、周囲ガスの空間的構造を調査した。
• 可視光から中赤外域にわたる波長域における分光的・光度的測定と、干渉計測データを統合した。
• 時間に依存する流体力学と放射移動を解く自己一貫性のある動的モデル大気（DARWIN）を適用し、チリの生成と成長を含めた。
• 星のパラメータとチリの性質を変化させたモデルのグリッドを用いて、観測されたSEDおよび可視度曲線にフィットした。
• チリの吸収率に小粒子極限（SPL）仮定を適用するかどうかで、吸収率とモデルフィットの品質に与える影響を検証した。
• 幾何的モデルと視直径測定（θ(V-K)およびθRoss）を用いて、効果的温度と全放射光度の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 動的モデル大気は、炭素豊富なAGB星の観測SEDおよび可視度曲線をどの程度正確に再現できるか？
• RQ2 非ミラ型炭素AGB星の質量放出および大気構造に、断続的または多周期的脈動が果たす役割は、ミラ型星と比べてどう異なるか？
• RQ3 チリ粒子のサイズに依存する吸収率が、特に小粒子極限を緩和した場合、中赤外干渉計測データへのモデルフィットにどの程度影響を与えるか？
• RQ4 得られた星のパラメータ（Teff、Lbol、M、C/O、Ṁ）は、進化モデルおよび文献値とどの程度一致するか？
• RQ5 なぜモデルの可視光振幅が、特に準周期的・不規則変光星では観測値を上回るのか？

主な発見

• モデルは1 μmより長い波長域ではSEDを良好に再現し、8〜10 μmの可視度データに対しても観測と良好に一致しており、中赤外域で良好な一致が得られた。
• ミラ型星は顕著なシェル状構造を持つ拡張した大気を示す一方、非ミラ型星はよりコンパクトで平均的な質量放出率が低い。
• モデルと観測の可視光振幅の乖離は、非ミラ型星の断続的または多周期的脈動がモデルで完全に捉えられていないことに起因している可能性が高い。
• モデルから得られた効果的温度と全放射光度は、視直径（θ(V-K)）およびSEDフィッティングから得られた値と良好に一致しているが、AQ Sgrについては位相依存の変動またはモデルの限界が原因で乖離している可能性がある。
• 小粒子極限（SPL）仮定を含まないモデルではチリ凝縮度が低く、一部の星における可視光過剰をよりよく説明できるため、将来的なモデルには粒子サイズ依存の吸収率が必要である。
• 星のH-R図上の位置は、COLIBRIコードで計算されたTP-AGB進化トレースとよく一致しており、現在の星の進化理論と整合的であることが確認された。