[論文レビュー] The spin-up of contracting red supergiants

Alexander Heger, N. Langer|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 1998

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、赤超巨星が収縮する過程で、対流境界からの質量放出に伴う角運動量保存によって、回転が加速するメカニズムを提案している。星が外層から質量を失いながら角運動量を保持する際、単位質量あたりの角運動量が増加し、表面の回転が著しく速くなる。12 M☉の星において、赤超巨星系列を離脱した後、臨界回転に達することが示された。

ABSTRACT

We report on a mechanism which may lead to a spin-up of the surface of a rotating single star leaving the Hayashi line, which is much stronger than the spin-up expected from the mere contraction of the star. By analyzing rigidly rotating, convective stellar envelopes, we qualitatively work out the mechanism through which these envelopes may be spun up or down by mass loss through their lower or upper boundary, respectively. We find that the first case describes the situation in retreating convective envelopes, which tend to retain most of the angular momentum while becoming less massive, thereby increasing the specific angular momentum in the convection zone and thus in the layers close to the stellar surface. We explore the spin-up mechanism quantitatively in a stellar evolution calculation of a rotating 12 M_sun star, which is found to be spun up to critical rotation after leaving the red supergiant branch. We discuss implications of this spin-up for the circumstellar matter around several types of stars, i.e., post-AGB stars, B[e] stars, pre-main sequence stars, and, in particular, the progenitor of Supernova 1987A.

研究の動機と目的

• 後主系列領域における回転する赤超巨星の回転加速の物理的メカニズムを調査すること。
• 対流境界からの質量損失が、質量の大きな星における角運動量再分配に与える影響を理解すること。
• 後AGB星、B[e]星、SN 1987Aの前身星の周囲環境に及ぼす表面回転の増加の意味を明らかにすること。
• 12 M☉星の星間進化モデルを用いて、回転加速効果を定量すること。
• 赤超巨星段階を離脱した後、質量損失が星を臨界回転にまで駆り立てるかどうかを特定すること。

提案手法

• 質量損失中の角運動量輸送を分析するため、剛体的に回転する対流星の外層をモデル化すること。
• 球対称フレームワーク内で角運動量保存を適用し、質量損失に伴う単位角運動量の変化を追跡すること。
• 12 M☉の回転星の進化を、赤超巨星段階を経て進化させる星間進化コードを用いてシミュレートすること。
• 収縮と質量損失の過程における対流圏および表面層の挙動を分析し、回転加速率を特定すること。
• 理論的予測を、後AGB星およびSN 1987Aの前身星における回転に関する観測的制約と比較すること。
• 星の外層における角運動量進化を事後解析することで、回転加速の程度を定量すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 収縮中の赤超巨星の外層からの質量損失が、単なる収縮によるものよりも顕著な表面回転加速を引き起こす可能性があるか？
• RQ2 対流境界内で角運動量保存が成立する場合、質量損失に伴い特定の角運動量にどのような影響を与えるか？
• RQ3 12 M☉星が赤超巨星系列を離脱した後、どの程度まで質量損失によって臨界回転に達するか？
• RQ4 この回転加速メカニズムが、B[e]星および後AGB星の周囲環境に及ぼす影響は何か？
• RQ5 このメカニズムは、SN 1987Aの前身星で観測された急速な回転を説明する妥当な解釈を提供するか？

主な発見

• 収縮中の赤超巨星の外層からの質量損失は、対流境界内での角運動量保存により顕著な回転加速を引き起こす。
• 質量損失に伴い、対流圏内の特定の角運動量が増加し、表面回転が強化される。
• 12 M☉星の星間進化モデルにおいて、赤超巨星系列を離脱した後、星は臨界回転にまで加速される。
• 質量損失中に角運動量を保持するため、収縮によるものよりも強い回転加速効果が得られる。
• このメカニズムは、後AGB星およびB[e]星における急速な回転を説明する可能性のある妥当な説明を提供する。
• 研究結果は、SN 1987Aの前身星が、赤超巨星段階中にこのメカニズムによって回転が加速された可能性を示唆している。