[論文レビュー] The Galactic WN stars: Spectral analyses with line-blanketed model atmospheres versus stellar evolution models with and without rotation

W.‐R. Hamann, G. Gräfener+1 more|ArXiv.org|Aug 3, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 50被引用数 190

ひとこと要約

本研究では、先進的な線ブランケット付きモデル大気（PoWR）を用いて、銀河系WN星の包括的なスペクトル解析を実施し、正確な星間および風パラメータを導出する。モデルの改善や回転を組み込んだ進化トレースの導入にもかかわらず、観測パラメータと予測値の間には顕著な定量的不一致が残っており、回転モデルに明確な優位性がないことが示され、最近の理論的進展にもかかわらず、大質量星の進化は依然として十分に理解されていないことを示している。

ABSTRACT

CONTEXT: Very massive stars pass through the Wolf-Rayet (WR) stage before they finally explode. Details of their evolution have not yet been safely established, and their physics are not well understood. Their spectral analysis requires adequate model atmospheres, which have been developed step by step during the past decades and account in their recent version for line blanketing by the millions of lines from iron and iron-group elements. However, only very few WN stars have been re-analyzed by means of line-blanketed models yet. AIMS: The quantitative spectral analysis of a large sample of Galactic WN stars with the most advanced generation of model atmospheres should provide an empirical basis for various studies about the origin, evolution, and physics of the Wolf-Rayet stars and their powerful winds. METHODS: We analyze a large sample of Galactic WN stars by means of the Potsdam Wolf-Rayet (PoWR) model atmospheres, which account for iron line blanketing and clumping. The results are compared with a synthetic population, generated from the Geneva tracks for massive star evolution. RESULTS: We obtain a homogeneous set of stellar and atmospheric parameters for the Galactic WN stars, partly revising earlier results. CONCLUSIONS: Comparing the results of our spectral analyses of the Galactic WN stars with the predictions of the Geneva evolutionary calculations, we conclude that there is rough qualitative agreement. However, the quantitative discrepancies are still severe, and there is no preference for the tracks that account for the effects of rotation. It seems that the evolution of massive stars is still not satisfactorily understood.

研究の動機と目的

• 最新のモデル大気を用いて、銀河系WN星の星間および大気パラメータを一貫性のある実験的決定を実施すること。
• 現代の星間進化モデル（回転を含む）がWN星の観測特性を再現できるかどうかを検証すること。
• 鉄線ブランケット効果と風クラッキングがスペクトルフィッティングおよびパラメータ導出に与える影響を評価すること。
• 観測されたWN星のHR図における分布と、Geneva進化トレースから生成された合成集団との整合性を評価すること。
• 回転モデルが観測されたWN星とWC星の比率および光度関数をよりよく説明できるかどうかを特定すること。

提案手法

• 鉄および鉄族元素からの完全な線ブランケットを備えたポツダム・ウォルフ・レイター（PoWR）モデル大気コードの適用。
• 効用温度、光度、質量放出率、クラッキング要因といった主要パラメータをカバーする事前計算済みのモデルグリッドの使用。
• 非局所熱平衡（non-LTE）、球対称、定常風モデルを用いた観測WN星スペクトルのフィッティング、$\beta$-法速度則と $\beta = 1$ を仮定。
• 体積充填率 $f_{\rm V}$ を用いた風クラッキングの組み込み、$D = f_{\rm V}^{-1} = 4$ を仮定。
• 回転あり・なしの両方のGeneva星間進化トレースから生成された合成集団と、実験的パラメータを比較。
• Salpeterおよびより急な初期質量関数（$\beta = 1.35, 2.0$）を用いた集団合成により、モデル予測が観測されたHR図分布と一致するかをテスト。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 線ブランケット付きモデル大気が、以前のモデルに比べて観測WN星スペクトルをよりよくフィットするか？
• RQ2 現在のGeneva星間進化トレース（回転を含む）が、HR図におけるWN星の観測分布をどれほどよく再現できるか？
• RQ3 実験的データと比較した場合、回転進化モデルが非回転モデルよりも優位性を示すか？
• RQ4 合成集団におけるWC星とWN星の予測比率は何か？観測値と比較するとどうなるか？
• RQ5 現在の進化モデルが、WNL星の観測光度関数を再現できるか？

主な発見

• 鉄線ブランケットを含むPoWRモデルは、以前のモデルに比べてスペクトルフィッティングを著しく改善し、銀河系WN星の星間パラメータが再評価された。
• モデルの改善にもかかわらず、観測されたWNL星の光度は、回転あり・なしの両方の進化トレースで予測値を上回っており、合成WNL星のうち $\log L/L_\odot > 6.2$ を満たすものは存在しない。
• 観測されたWNE星の光球半径は、モデルの予測値を上回っており、『ホット鉄バンプ』による光学率の変化によって駆動される遅い拡張層が存在する可能性を示唆している。
• 回転ありの合成集団ではWNE:WNL比が30:29と観測値（30:29）に近く一致するが、WNE星の温度散らばりは再現できない。
• 回転モデルではWC:WN比が17と非回転モデル（45および37）に比べて低く予測されるが、観測比（約0.9）は非回転モデルに近いが、明確には解決しない。
• 回転モデルに明確な優位性は認められない。回転あり・なしの両方のトレースが観測値と顕著な定量的不一致を示しており、大質量星進化の理解は依然として満足できる段階にない。