[論文レビュー] The mass-loss return from evolved stars to the Large Magellanic Cloud V. The GRAMS carbon-star model grid

S. Srinivasan, B. A. Sargent+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 66被引用数 49

ひとこと要約

本論文では、大マゼラン雲の酸化物に富んだA型超巨星星のための放射平衡輸送モデルのグリッド、GRAMS炭素星モデルグリッドを提示する。2次元 ust コードを用いて、さまざまな全光度、質量放出率、およびダスト特性を持つダスト殻をシミュレートした。これらのモデルは観測されたSed、光度測定、およびSAGEおよびSAGE-Specからの分光的データを良好に再現でき、一貫した物理的仮定のもとで、大規模な星のサンプルの全光度と質量放出率を正確に導出可能である。

ABSTRACT

The total dust return rate from AGB and RSG star outflows is an important constraint to galactic chemical evolution models. However, this requires detailed radiative transfer (RT) modeling of individual stars, which becomes impractical for large data sets. Another approach is to select the best-fit spectral energy distribution (SED) from a grid of dust shell models, allowing for a faster determination of the luminosities and mass-loss rates for entire samples. We have developed the Grid of RSG and AGB ModelS (GRAMS) to measure the mass-loss return from evolved stars. The models span the range of stellar, dust shell and grain properties relevant to evolved stars. In this paper we present the carbon-star grid and compare our results with data of Large Magellanic Cloud (LMC) carbon stars from the SAGE and SAGE-Spec programs. We generate spherically symmetric dust shell models using the 2Dust code, with hydrostatic models for the central stars. We explore five values of the inner radius R_in of the dust shell (1.5, 3, 4.5, 7 and 12 R_star). We use amorphous carbon dust mixed with 10% silicon carbide by mass. The grain sizes follows a KMH distribution. The models span 26 values of 11.3 um optical depth, ranging from 0.001 to 4. For each model, 2Dust calculates the output SED from 0.2 to 200 um. Over 12,000 models have dust temperatures below 1800 K. The GRAMS synthetic photometry is in good agreement with SAGE photometry for LMC carbon-rich and extreme AGB star candidates, as well as spectroscopically confirmed carbon stars from the SAGE-Spec study. Our models reproduce the IRAC colors of most of the extreme AGB star candidates, consistent with the expectation that a majority of these enshrouded stars have carbon-rich dust. Finally, we fit the SEDs of some well-studied carbon stars and compare the resulting luminosities and mass-loss rates with those from previous studies.

研究の動機と目的

• 光度測定データから、進化した星の質量放出率と全光度を、高速かつ物理的に一貫した方法で推定するための手法を開発すること。
• 現実的なダスト殻特性を持つ、炭素に富んだAGB星の放射平衡輸送モデルのグリッドを作成すること。
• SAGEおよびSAGE-Spec調査からの観測されたSedおよび光度測定データと、モデルグリッドを検証すること。
• LMCのような銀河における進化星からの質量還元の広域的分析を可能にすること。
• 科学コミュニティが光度測定カタログに応用できる、公開可能なモデルデータベースを提供すること。

提案手法

• 2次元 ust 放射平衡輸送コードを用いて、AGB星の球対称ダスト殻のSedを計算する。
• 星の光球は、2600 K から 4000 K の有効温度と、2000 から 40000 L⊙ の全光度をカバーする。
• ダスト殻の外側半径は1000倍の内側半径に固定され、内側半径は5つの値（1.5–12 R⋆）と一定の拡張速度をとる。
• アモルファス炭素と質量比10%のSiCを混合したダストを仮定し、累乗則の粒子サイズ分布と大きなサイズでの指数的カットオフをとる。
• 11.3 μm の光学厚さは0.001から4の間で26の値をとり、広範なダスト密度をカバーする。
• SAGEおよびSAGE-Specデータとの直接比較のため、光学、近赤外、中赤外フィルタで合成的光度測定を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 炭素に富んだAGB星の観測されたSedを、モデルグリッドが正確に再現できるか？
• RQ2 GRAMSモデルの予測は、SAGEおよびSAGE-Spec調査からの光度測定および分光的データとどの程度一致するか？
• RQ3 光度測定のみから、信頼できる全光度と質量放出率をどの程度正確に回復できるか？
• RQ4 GRAMSグリッドから得られた質量放出率は、特定の星に対する詳細な個別モデリングの結果とどの程度一致するか？
• RQ5 極端に高い全光度領域において、モデルグリッドは炭素に富んだ星と酸素に富んだ星を区別できるか？

主な発見

• GRAMSモデルグリッドは、LMCの極端なAGB星候補の観測されたIRAC色を良好に再現しており、大多数が炭素に富んでいるという結論を支持する。
• OGLE LMC LPV 28579に対して、最良の適合GRAMSモデルは、全光度6170 L⊙、τ₁₁.₃ = 0.3、ダスト質量放出率2.4×10⁻⁹ M⊙ yr⁻¹を示し、論文IIIによる詳細モデリングと良好に一致する。
• GRAMSフィッティングから得られた全光度は、詳細なSedモデリングからの値と一致しており、よく研究された星では数パーセントの差にとどまる。
• van Loonらのサンプルに対するGRAMSグリッドから得られた質量放出率は、元の値とよく一致するが、Groenewegenらのサンプルでは2〜4倍低く、仮定されたダスト特性の違いによる可能性がある。
• グリッド内の12,000を超えるモデルで、ダスト温度が1800 K未満であり、ダスト質量放出率は10⁻¹²から10⁻⁷ M⊙ yr⁻¹、光学厚さは0.001から4をカバーする。
• GRAMSモデルグリッド全体（合成スペクトルおよび光度測定を含む）は、STScIの2D ustウェブサイトを通じて、進化星の大規模な研究に利用可能な形で公開されている。