[論文レビュー] The gamma Velorum binary system. II. WR stellar parameters and the photon loss mechanism

Orsola De Marco, W. Schmütz+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、非局所熱平衡（non-LTE）、クラッピング、線空白化（line-blanketed）モデル（cmfgen）を用いて、γ Velorum連星系内のWC8型Wolf-Rayet星WR11の星間パラメータを再評価した。前人研究と比較して、より高温の効果的温度（57 kK）、より高い全光度（log(L/L⊙) = 5.00）、およびより低い質量放出率（log(Ṁ/M⊙/yr) = –5.0）が得られた。主な貢献は、He ii Lyαと近接する金属線との間の線対線相互作用が風のイオン化を顕著に低減することを示したことである。これは、風構造と星間パラメータを正確に特定するためには、モデルに光子損失メカニズムを組み込む必要があることを示唆している。

ABSTRACT

In this paper we derive stellar parameters for the Wolf-Rayet star in the gamma Velorum binary system (WR11), from a detailed non-LTE model of its optical and infrared spectra. Compared to the study of Schaerer et al., the parameters of the WC8 star are revised to a hotter effective temperature (Teff~57kK),a higher luminosity (log(L/Lsun = 5.00), and a lower mass loss rate (log(Mdot / Msun/yr) = -5.0 - using a 10% clumping filling factor). These changes lead to a significant decrease in wind efficiency number, from 144 to 7, so that the driving mechanism of the wind of this WR star may be simply radiation pressure on lines. The derived spectroscopic luminosity is found to be 40% lower than that derived by De Marco & Schmutz through the mass-luminosity relationship for WR stars (log(L/Lsun = 5.2). The paper furthermore presents a comparison of the independently-developed modelling programs, CMFGEN and ISA-Wind . Overall, there seems to be very reasonable agreement between the derived parameters for WR11, except for the carbon content, which is 2 times higher for CMFGEN (C/He=0.15 vs. 0.06, by number).The comparison also confirms a disparity in the predicted flux at lambda

研究の動機と目的

• 非局所熱平衡（non-LTE）モデルを用いて、γ Velorum連星系内のWC8型Wolf-Rayet星WR11の星間パラメータ（T_eff, L, Ṁ）を詳細に特定すること。
• Schmutz（1997）が提唱した光子損失メカニズムの妥当性を検証すること。このメカニズムでは、強力な共鳴線と弱い金属線との間の線対線相互作用が、効果的イオン化を低下させる。
• cmfgenと独立して開発されたisa-windコードの結果を比較し、一貫性を評価するとともに、極端紫外（UV）放射度と金属元素の過剰度における相違点を特定すること。
• 特にHe ii λ303.78のような重要な共鳴線付近における線空白化の影響が、風のイオン化構造と導出された星間パラメータに与える影響を評価すること。
• マクロ乱流と線のクラスタリングが、Wolf-Rayet大気における光子損失効果の強度に与える影響の重要性を評価すること。

提案手法

• 光学的および赤外域スペクトルのモデリングに、非局所熱平衡星間大気コードcmfgenを用い、クラッピング（10%充填率）と広範な線空白化を含めた。
• Schmutzら（1997）の流体力学的風方程式と軌道パラメータを用い、O型星の質量を導出し、WR星の質量を推定（9.0 ± 1.0 M⊙）。
• Schmutz（1997）の光子損失近似をcmfgen内に適用し、He ii Lyαと金属線（例：O iii, C iii）との線対線相互作用がイオン化構造に与える影響を評価した。
• 同一の入力パラメータを用い、モンテカルロ法による線空白化を組み込んだcmfgenの結果と、独立して開発されたisa-windコードの結果を比較した。
• 303 Å近辺での乱流速度を50 vs. 5 km s⁻¹に変化させることで、線対線相互作用の影響を連続体の空白化とは分離して特定した。
• cmfgenモデルにおける線の欠落が光子損失メカニズムに与える影響を評価し、完全性に限界がある可能性を認識した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非局所熱平衡、クラッピング、線空白化を考慮した改訂モデルが、前人研究と比較してWR11の星間パラメータ（T_eff, L, Ṁ）にどのように影響を与えるか？
• RQ2 He ii Lyαと近接する金属線（例：O iii, C iii）との線対線相互作用が、風のイオン化をどの程度低減させるか。この影響が効果的温度と全光度に与える影響は？
• RQ3 cmfgenとisa-windコードの結果は、特に極端紫外（λ < 400 Å）領域でどのように比較されるか。放射度の硬さに差異が生じる理由は何か？
• RQ4 光子損失メカニズムを含める・含めないという点で、風のイオン化構造と星間パラメータに与える定量的影響は？
• RQ5 マクロ乱流と線リストの完全性は、WR星モデルにおける光子損失効果の強度にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 線空白化と線対線相互作用の改善により、WR11の効果的温度が57 kKに再評価され、前回の推定値よりも顕著に高温となった。
• 全光度はlog(L/L⊙) = 5.00と算出されたが、質量-光度関係からの推定値（log(L/L⊙) = 5.2）と比較して0.2 dex低い値であり、間接的光度推定値に乖離が生じていることを示した。
• 質量放出率はlog(Ṁ/M⊙/yr) = –5.0に下方修正され、風駆動効率が144から7に劇的に低下した。これは、線に対する放射圧が風を駆動するのに十分である可能性を示唆している。
• 光子損失メカニズム（He ii Lyαと金属線の線対線相互作用が効果的イオン化を低下）が確認され、風のイオン化が約10,000 K低下し、これは全光度が20%増加したのと同等の効果を示した。
• cmfgenとisa-windコードの結果は全体的に良好に一致したが、炭素過剰度（C/He = 0.15 vs. 0.06 by number）と極端紫外放射度においては相違が生じ、isa-windはより硬いスペクトルを予測した。
• 強力な共鳴線（例：He ii λ303.78）の近傍に存在する弱い線でさえ、正確なイオン化構造の評価に不可欠であることが示された。平均空白化係数では、重要な物理的効果を逃す可能性がある。