[論文レビュー] The Wind Momentum - Luminosity Relationship of Galactic A- and B- Supergiants

R. P. Kudritzki, J. Puls+6 more|arXiv (Cornell University)|Oct 25, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 24

ひとこと要約

本稿では、非局所熱力学平衡（NLTE）統合モデル大気を用いてバルマー線プロファイルを分析することで、銀河系のAおよびB型超巨星に対する風モーメントム－光度関係（WLR）を確立した。風モーメントムはO超巨星でピークに達し、初期B型から中位B型にかけて減少し、A超巨星では再び増加する傾向を示し、A型および中位B型超巨星のWLR勾配はO星よりも急である。これは放射駆動風におけるイオン化依存の線強度効果を示唆している。

ABSTRACT

The Balmer lines of four A Ia - supergiants (spectral type A0 to A3) and fourteen B Ia and Ib - supergiants (spectral type B0 to B3) in the solar neighbourhood are analyzed by means of NLTE unified model atmospheres to determine the properties of their stellar winds, in particular their wind momenta. As in previous work for O-stars (Puls et al.) a tight relationship between stellar wind momentum and luminosity (`WLR'') is found. However, the WLR varies as function of spectral type. Wind momenta are strongest for O-supergiants, then decrease from early B (B0 and B1) to mid B (B1.5 to B3) spectral types and become stronger again for A-supergiants. The slope of the WLR appears to be steeper for A- and mid B-supergiants than for O-supergiants. The spectral type dependence is interpreted as an effect of ionization changing the effective number and the line strength distribution function of spectral lines absorbing photon momentum around the stellar flux maximum. This interpretation needs to be confirmed by theoretical calculations for radiation driven winds. A-supergiants in M31 observed with HIRES at the Keck telescope have wind momenta compatible with their galactic counterparts. The potential of the WLR as a new, independent extragalactic distance indicator is discussed. It is concluded that with ten to twenty objects, photometry with HST and medium resolution spectroscopy with 8m-telescopes from the ground distance moduli can be obtained with an accuracy of about 0.1m out to the Virgo and Fornax clusters of galaxies.

研究の動機と目的

• 明るいAおよびB型超巨星がO星で観測されたのと同様の風モーメントム－光度関係（WLR）に従うかどうかを調査すること。
• 近隣の超巨星からの分光的データを用いて、後続スペクトル型（AおよびB）におけるWLRのキャリブレーションが可能かどうかを同定すること。
• 最も明るい「通常の」青超巨星を用いて、WLRが新たな独立的銀河間距離標準として利用可能かどうかを評価すること。
• スペクトル型、金属量、風の時間変動がWLRの信頼性と散らばりに与える影響を評価すること。
• 将来的な8mクラス望遠鏡観測を用いて、WLRが局所銀河団を超えた銀河系への応用が可能かどうかを検討すること。

提案手法

• 非局所熱力学平衡（NLTE）統合モデル大気を用いて、18個のAおよびB型超巨星のバルマー線プロファイル（Hα、Hβ、Hγ）を分析する。
• 放射輸送および線ブランケット効果を考慮した合成線プロファイルと観測スペクトルのフィットを用いて、風モーメントム（$\dot{M}v_{\infty}$）を導出する。
• 理論的WLRフレームワーク $\dot{M}v_{\infty} \propto R_{\ast}^{-1/2}L^{1/\alpha_{\rm eff}}$ を用いる。ここで $\alpha_{\rm eff}$ は線強度分布関数を反映する。
• O星およびピストル星からの外挿されたWLRと観測された風モーメントムを比較し、一貫性と乖離を評価する。
• 時間変動データ（例：HD 92207など）を用いて、スペクトル変動が風モーメントムに与える影響を評価する。
• M33における金属量が異なるA超巨星を用いて金属量依存性を評価し、将来的な大マゼラン雲およびM31における調査を想定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AおよびB型超巨星に対しても風モーメントム－光度関係（WLR）が成立するか。また、O星のWLRと比べてどのように異なるか。
• RQ2 WLRはどのようにスペクトル型に依存するか。その背後にある物理的メカニズム（例：イオン化状態、線強度分布関数）は何か。
• RQ3 スペクトル変動および金属量が、WLRが距離標準としての散らばりと信頼性に与える影響はどの程度か。
• RQ4 WLRはピストル星や超巨星P Cygniのような極端な対象に外挿可能か。乖離はどのような意味を持つのか。
• RQ5 WLRは局所銀河団を超える銀河に対して、実用的かつ独立的な銀河間距離標準として利用可能か。

主な発見

• 銀河系のAおよびB型超巨星に対して、きめ細かい風モーメントム－光度関係（WLR）が確認された。風モーメントムはスペクトル型に応じて非単調な傾向を示す。
• 風モーメントムはO超巨星で最も強く、初期B型（B0–B1）から中位B型（B1.5–B3）にかけて減少し、A超巨星（A0–A3）で再び増加する。これはスペクトル型依存の風強度を示している。
• A型および中位B型超巨星のWLR勾配はO星よりも急であり、イオン化状態の変化に起因する有効線強度分布関数の違いを示唆している。
• 中位B型ハイパーギアントであるピストル星は、中位B型超巨星の外挿されたWLR上に位置し、高光度域における関係の頑健性を支持する。
• P Cygni（中位B型超巨星で極端な質量放出を示す）の風モーメントムは、「通常の」超巨星のWLRよりも1.2デシベル高い。これはEddington限界付近の風二重安定性に起因するとされる。
• M31のA超巨星の風モーメントムは、銀河系の同様の対象と整合的であり、WLRの普遍性がミルキーウェイとM31の間で成立することを支持する。