[論文レビュー] The nature and consequences of clumping in hot, massive star winds

J. O. Sundqvist, S. P. Owocki+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、高温の大質量星の風における風クラッピングの起源と観測的結果を調査し、線駆動不安定性（LDI）が星風に密度の高いクラッピング構造を自然に生成することを示している。1次元および2次元のLDIシミュレーションを用いて、ヴォロシティ（vorosity）による有効透過率の低下が、観測されたUV線の弱さと理論的質量放出率の両立を可能にすることを示したが、シミュレーションは依然として観測値と比較して内側風領域におけるクラッピングを低く見積もっている。

ABSTRACT

This review describes the evidence for small-scale structure, `clumping', in the radiation line-driven winds of hot, massive stars. In particular, we focus on examining to what extent simulations of the strong instability inherent to line-driving can explain the multitude of observational evidence for wind clumping, as well as on how to properly account for extensive structures in density and velocity when interpreting the various wind diagnostics used to derive mass-loss rates.

研究の動機と目的

• 高温の大質量星の風における小スケールの風クラッピングの物理的起源を理解することを目的とし、主に線駆動不安定性（LDI）がその主要因であると想定する。
• LDIシミュレーションが、UV共鳴線やX線放射といった風診断における広範な観測的証拠を再現できるかどうかを評価することを目的とする。
• 特に光学的厚いクラップや速度構造（ヴォロシティ）が、質量放出率診断の解釈に与える影響を評価することを目的とする。
• シミュレーションされたクラッピングプロファイルと観測された半径方向の構造的分離との間の乖離、特に内側風領域における乖離を特定することを目的とする。
• 散乱放射ドラッグおよび改善された源関数処理（例：EISF）が、風の基部近くでの構造形成の早期発生に果たす役割を探索することを目的とする。

提案手法

• 線力のモデル化と散乱放射ドラッグの組み込みに、滑らかな源関数（SSF）法を用いた1次元および2次元の時間に依存する流体力学的シミュレーションを実施した。
• 初期の構造形成を促進するためにランジュバン乱流を用いて基部への摂動を導入し、SSF形式を用いて風の基部を安定化させた。
• 1次元LDIスナップショットから観測された線プロファイルを合成するために位相ランダム化技術を用い、クラップの可視化を模倣するための角度サイズ（例：1°）を割り当てた。
• 速度空間における光子漏れをモデル化することでヴォロシティ効果を組み込み、非単調な速度場とクラップの光学的厚さを考慮した。
• ζ Pupおよびλ Cepの観測と比較して、シミュレーションから得た合成線プロファイル（X線、UV共鳴線）の整合性を検証した。
• 1000個の1次元LDIスナップショットを平均化してクラッピング因子f_clの半径方向分布を評価し、Najarroら（2011）の観測データと比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1次元および2次元のLDIシミュレーションは、高温の大質量星の風における観測されたクラッピングをどの程度再現できるか？
• RQ2 光学的厚いクラップおよび速度構造（ヴォロシティ）は、P vやSi ivのようなUV共鳴線の観測された強度にどのように影響を与えるか？
• RQ3 なぜLDIシミュレーションは、ζ Pupの観測結果と比較して、低い半径でクラッピング因子f_clのピークを再現できないのか？
• RQ4 散乱放射場（SSFまたはEISFを介して）は、風の基部近くの摂動を減衰させ、クラッピングの発生を遅らせる役割を果たすのか？
• RQ5 将来的なシミュレーションにおいて、改善された源関数処理（例：EISF）を用いることで、シミュレーションと観測の間の内側風クラッピングの乖離を解消できるか？

主な発見

• LDIシミュレーションは、観測的証拠と整合する、密度が高く狭いクラップと低密度領域が交互に現れる構造を生成した。
• ヴォロシティ（速度空間における光子漏れ）の組み込みにより有効透過率が低下し、質量放出率の大幅な減少を要しないまま、P v線の観測的弱さを説明できるようになった。
• 基部への摂動を組み込んだシミュレーションでは、速度分散が増加し、クラップ同士の衝突も増加し、X線放射が観測値に近づいた。
• 2次元LDIシミュレーションでは、レイノルズ不安定および薄皮不安定性による横方向の破壊が観察され、速度分散が増加し、X線生成の可能性が高まった。
• 改善が見られたが、1次元LDIシミュレーションはクラップの速度範囲δvを過剰に予測し、H α観測と一致する十分な内側風構造を生成できなかった。
• ζ Pupの観測されたクラッピング因子f_clは、シミュレーションの予測とは異なり、顕著に低い半径でピークを示しており、風の基部近くでの構造形成が早期に始まる必要があることを示唆している。