[論文レビュー] The origin of magnetic fields in hot stars

C. Neiner, S. Mathis+5 more|arXiv (Cornell University)|Feb 1, 2015

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 14

ひとこと要約

この論文は、磁気的不安定性のない磁場が、分子雲の前身から残存する化石磁場として発生すると提案している。理論的モデルと観測データにより、安定した双極子配置が確認されている。急速な回転は、表面の幾何学的形状を変えることなく、磁場の安定性を妨げる。これは、Be星における磁場の検出不能性や、磁場の存在割合が低い熱い連星系の理由を説明する。これらの連星系は、おそらく磁場を持つ環境で形成され、その結果、物質の分裂が抑制される。

ABSTRACT

Observations of stable mainly dipolar magnetic fields at the surface of ~7% of single hot stars indicate that these fields are of fossil origin, i.e. they descend from the seed field in the molecular clouds from which the stars were formed. Recent results confort this theory. First, theoretical work and numerical simulations confirm that the properties of the observed fields correspond to those expected from fossil fields. They also showed that rapid rotation does not modify the surfacic dipolar magnetic configurations, but hinders the stability of fossil fields. This explains the lack of correlation between the magnetic field properties and stellar properties in massive stars. It may also explain the lack of detections of magnetic fields in Be stars, which rotate close to their break-up velocity. In addition, observations by the BinaMIcS collaboration of hot stars in binary systems show that the fraction of those hosting detectable magnetic fields is much smaller than for single hot stars. This could be related to results obtained in simulations of massive star formation, which show that the stronger the magnetic field in the original molecular cloud, the more difficult it is to fragment massive cores to form several stars. Therefore, more and more arguments support the fossil field theory.

研究の動機と目的

• 単一の熱い星の約7%に観測された安定した双極子磁場の起源を特定すること。
• 対流核、放射層、または表面下対流層におけるダイナモ機構が、観測された磁場特性を説明できない理由を調査すること。
• 星の回転が化石磁場の安定性および検出可能性に与える影響を検討すること。
• 単一星と比較して、熱い連星系における磁場の低発生率を理解すること。
• 観測的知見を、質量星形成理論および磁場を伴うコアの分裂に関する理論モデルと結びつけること。

提案手法

• ESPaDOnSおよびNarval機器を用いた、MiMeSおよびBinaMIcS共同調査による高精度分光偏光観測データの分析。
• 回転速度の変動を考慮した化石磁場の進化に関する理論的モデリング、磁束の緩和および平衡に至る時間スケールの評価。
• 微分回転およびMHD不安定性の役割に注目した、回転星における磁場安定性の数値シミュレーション。
• 単一熱い星（7%の検出率）と熱い連星系（約400個の星を調査）における磁場検出率の比較。
• 星形成シミュレーション（例：Commerçon et al. 2011）からの理論的制約を、磁場を伴うコアの分裂に応用。
• α–Ωダイナモ形式および不安定性駆動型の磁場再生メカニズムを用いた、放射層および対流層におけるダイナモ理論の評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 対流層が存在しないにもかかわらず、なぜ熱い星が安定した主に双極子の磁場を示すのか？
• RQ2 質量星における磁場強度と星の回転速度の間に相関がないのはなぜか？これはダイナモ理論の予測とは反対である。
• RQ3 急速な回転は、熱い星における化石磁場の安定性および表面配置にどのように影響するのか？
• RQ4 単一星と同等の検出感度を有するにもかかわらず、なぜ熱い連星系では磁場が検出されないのか？
• RQ5 親分子雲の磁場状態が、物質の分裂および連星形成を抑制する役割を果たすのか？

主な発見

• 熱い星の磁場は、分子雲に存在した初期磁場に由来する化石磁場であり、活性的なダイナモ生成の証拠はない。
• 理論的モデルにより、回転速度に関係なく、化石磁場が自然に安定した双極子配置に緩和されることを確認したが、平衡に至る時間スケールは回転速度が速いほど延びる。
• 急速な回転は、化石磁場の安定化を妨げる。これは、回転速度が破壊速度に近いBe星で磁場が検出されない理由を説明する。
• 200個の熱い連星系（SB2）においても、MiMeS単一星調査と同等の検出感度のもとで磁場が検出されなかった。これは統計的に有意な欠落を示している。
• 質量星形成のシミュレーションにより、親雲における強い磁場は物質の分裂を抑制し、連星形成の確率を低下させることが示された。
• 既知の磁場を持つ熱い連星は6例存在するが、それぞれのシステムで磁場を持つのは1つの成分数のみであり、形成後に磁場が捕獲された、あるいは後期に磁場が継承された可能性が示唆される。