[論文レビュー] Three-component modeling of C-rich AGB star winds. II. The effects of drift in long-period variables

C. Sandín, S. Höfner|arXiv (Cornell University)|Apr 15, 2003

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 17被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、C豊富なAGB星のための3成分流体力学モデルを構築し、気体とダストの移流および脈動効果を明示的に取り入れ、移流が風の性質に与える影響を調査した。その結果、移流効果は、特にプランク平均透過率が低いモデルにおいて、非移流モデルと比較して質量放出率と終端速度を顕著に低減することが判明した。また、移流効果は非移流モデルでは信頼性なく予測できず、従来のフィット式はこれらの高度なモデルには適用できないことが示された。

ABSTRACT

We present three-component wind models for carbon rich pulsating AGB stars. In particular we study the effects of drift in models of long-period variables, meaning that the dust is allowed to move relative to the gas (drift models). In addition we investigate the importance of the degree of variability of the wind structures. The wind model contains separate conservation laws for each of the three components of gas, dust and the radiation field. We use two different representations for the gas opacity, resulting in models with different gas densities in the wind. The effects which we investigate here are important for the understanding of the wind mechanism and mass loss of AGB stars. This study is hereby a necessary step towards more reliable interpretations of observations. We find that the effects of drift generally are significant. They cannot be predicted from models calculated without drift. Moreover, the non-drift models showing the lowest mass loss rates, outflow velocities, and the smallest variability in the degree of condensation do not form drift model winds. The wind formation in drift models is, except for a few cases, generally less efficient and the mass loss consequently lower than in the corresponding non-drift models. The effects of drift are generally larger in the more realistic models using that representation of the gas opacity which results in lower densities. The outflow properties of these models are also -- for all cases we have studied -- sensitive to the period of the stellar pulsations. A check of the mass loss rates against a (recent) fit formula shows systematically lower values, in particular in the more realistic models with a low density. The fit is in its current form inapplicable to the new models presented here.

研究の動機と目的

• C豊富なAGB星における気体・ダストの移流が質量放出および風構造に与える影響を調査すること。
• 長期間変動星における星の脈動が、移流を含めた場合に風形成に与える影響を評価すること。
• 非移流モデルが、移流モデルで観測される効果を信頼性を持って再現できるかどうかを評価すること。
• 従来の質量放出率フィット式が、移流を含み、現実的な気体透過率を考慮した新しい風モデルに適用可能かどうかをテストすること。
• 移流を明示的にモデル化せずに、風の性質の変化を予測可能かどうかを検討すること。

提案手法

• 気体、ダスト、放射の3成分のための3成分流体力学方程式を解き、各成分に別個の保存則を適用する。
• 気体とダスト間の運動量移動を2次精度の数値スキームでモデル化し、先行研究の1次精度を改善した。
• 気体透過率の2種類の表現を用いる：定数透過率（Bowen 1988）とプランク平均分子透過率（HJLA98）、高密度および低密度の風構造を比較する。
• 長期間変動星を模倣するため、時間に依存する境界条件を用いて脈動を組み込む。
• 質量放出率、終端速度、凝縮度などの風の性質を時間平均化し、移流モデルと非移流モデルを比較する。
• 質量放出率のWachter et al. (2002) フィット式に対するベンチマークを実施し、その妥当性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 気体・ダストの移流は、C豊富なAGB星の風において終端速度と質量放出率にどのように影響するか？
• RQ2 脈動周期は、長期間変動星における風構造および移流効果にどの程度影響を与えるか？
• RQ3 非移流モデルは、移流モデルで観測される風の性質を正確に予測できるか？
• RQ4 一部のプランク平均PCモデルでは、対応する移流モデル風が形成されないのはなぜか？
• RQ5 Wachter et al. (2002) の質量放出率フィット式は、移流および現実的な気体透過率を含むモデルに適用可能か？

主な発見

• 移流モデルは、非移流モデルと比較して一貫して低い質量放出率を示し、特に気体・ダスト結合が弱いプランク平均透過率モデルでその低下が顕著である。
• 移流の導入により、ダスト関連量の時間的変動が強まり、特にプランク平均モデルでは風の性質の不規則な変動が顕著になる。
• 一部のケースでは、移流が質量放出率を増加させることがある。特に、非移流モデルが低終端速度および低質量放出を示す定数透過率モデルで顕著である。
• 特定のプランク平均PCモデルでは、移流モデル風が形成されない。特に凝縮度の変動が小さいモデルで顕著で、非移流モデルが成功するのに対し、移流モデルでは風形成が妨げられることがある。
• Wachter et al. (2002) のフィット式は、プランク平均モデルでは質量放出率を10倍過剰に推定しており、本研究で提示された移流を含む新しいモデルには適用できない。
• プランク平均移流モデルは、定数透過率モデルよりも脈動周期に敏感であることが判明し、脈動が移流駆動風ダイナミクスを形作る上で重要であることが強調された。