[論文レビュー] Wind structure of late B supergiants I. Multi-line analyses of near-surface and wind structure in HD 199 478 (B8 Iae)

N. Markova, R. K. Prinja+5 more|ArXiv.org|Jun 5, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 30被引用数 18

ひとこと要約

本研究では、非局所熱平衡（non-LTE）分光解析を用いて、晩期B超巨星HD 199 478における風の変動を調査した。星は強力で変動するHα発光を示し、まれな高速度吸収イベントを示しており、これは滑らかで球対称な風ではなく、非球対称で磁場によって閉じ込められた噴出流を示唆している。結果から、弱い磁気双極子場が構造的で赤道部に圧縮された風を駆動し、標準的な風モデルとは一致しない異常なHα挙動を説明できる可能性があることが示唆された。

ABSTRACT

We provide a quantitative analysis of time-variable phenomena in the photospheric, near-star, and outflow regions of the late-B supergiant (SG) HD 199478. The analysis is based primarily on optical spectroscopic datasets secured between 1999 and 2000 from the Bulgarian NAO, Tartu, and Ritter Observatories. The temporal behaviour of HD 199478 is characterised by three key empirical properties: (i) systematic central velocity shifts in the photospheric absorption lines, including C II and He I, over a characteristic time-scale of abou 20 days; (ii) extremely strong, variable H alpha emission with no clear modulation signal, and (iii) the occurrence in 2000 of a (rare) high-velocity absorption (HVA) event in H alpha, which evolved over about 60 days, showing the clear signature of mass infall and outflows. In these properties HD 199478 resembles few other late-B SGs with peculiar emission and HVAs in H alpha (HD 91619, HD 34085, HD 96919). Non-LTE line synthesis modelling is conducted using FASTWIND for these late-B SGs to constrain and compare their fundamental parameters within the context of extreme behaviour in the H alpha lines. Our analysis indicate that at the cooler temperature edge of B SGs, there are objects whose wind properties, as traced by H alpha, are inconsistent with the predictions of the smooth, spherically symmetric wind approximation. This discordance is still not fully understood and may highlight the role of a non-spherical, disk-like, geometry, which may result from magnetically-driven equatorial compression of the gas. Ordered dipole magnetic fields may also lead to confined plasma held above the stellar surface, which ultimately gives rise to transient HVA events.

研究の動機と目的

• 滑らかで球対称な風モデルの予測に反する、晩期B超巨星、特にHD 199 478における異常なHα線変動の起源を理解すること。
• 弱い磁場によって駆動される可能性のある、星の光球面に起因する大規模で非球対称な風構造が、観測された時間的に変動する現象を説明できるかどうかを調査すること。
• Hα、He I、C IIを含む複数のスペクトル線の非局所熱平衡（non-LTE）線合成モデリングを通じて、基本的星像パラメータと風の性質を制約すること。
• 磁場による閉じ込めが風の幾何学的形状をどのように決定し、一時的な高速度吸収イベントや特異な発光特徴を生じさせるかを評価すること。
• 弱い磁場（数十ガウス程度）が、赤道部の圧縮、径方向の流入および噴出を生じさせ、観測されたHα運動学的挙動と整合する可能性を評価すること。

提案手法

• 1999年から2000年にかけて、NAO、Tartu、Ritter観測所でHD 199 478の時間的連続観測を実施し、Hα、He I λ5876、C II線を解像度R ≈ 15,000–30,000でカバーした。
• FASTWINDコードを用いた非局所熱平衡（non-LTE）線合成モデリングにより、基本的パラメータ（Teff、log g、vsini、質量放出率）を導出し、線プロファイルの変動を分析した。
• 約20日間の時間スケールで、C II や He I などの光球線に系統的なドップラー速度シフトが観測され、動的な表面または近表面構造を示唆した。
• Hα線プロファイルのV/R変動（Be星に類似）、発光成分、および希に観測される高速度吸収（HVA）イベント（約60日間持続）を分析し、物質の吸収（流入）を示唆した。
• 磁気流体力学（MHD）シミュレーションにより、弱い磁気双極子場（約30–130 G）が赤道部にプラズマの圧縮を生じさせ、流入と噴出が共存する状態を再現可能であることが示唆された。
• クラスターウインドモデルや放射輸送効果（特に非局所熱平衡条件下での光学厚さのHα形成における役割）を含む、代替的説明を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ、HD 199 478のような晩期B超巨星におけるHα発光および吸収特徴は、滑らかで球対称な風モデルの予測から逸脱しているのか？
• RQ2 Hαにおいて観測される高速度吸収（HVA）イベントが、物質の流入の兆候を示し、約60日間で変化する現象を説明する物理的メカニズムは何か？
• RQ3 弱い磁場（数十ガウス程度）が、赤道部の圧縮や共存する流入／噴出といった観測された非球対称な風構造を説明できるか？
• RQ4 非局所熱平衡（non-LTE）効果および光学的厚さの高いまたは薄い状態における線形成が、変動する風条件下でのHα発光および吸収の外観にどのように影響を与えるか？
• RQ5 クラスターウインドモデルや磁場による閉じ込めは、HD 199 478における観測されたV/R変動および極端なHα線プロファイルをどの程度説明できるか？

主な発見

• HD 199 478では、C II や He I などの光球線に、約20日間の特徴的な時間スケールで系統的な中心ドップラー速度シフトが観測され、動的な表面または近表面構造を示唆した。
• 星は非常に強く、変動するHα発光を示し、Be星に類似したV/R型の変動を示したが、明確な周期的変調は認められなかった。
• 2000年には、Hαに希な高速度吸収（HVA）イベントが約60日間で発達し、物質の流入の明確な兆候と複雑な噴出ダイナミクスを示した。
• HVAイベントおよび関連する発光特徴は、標準的な滑らかな風モデルとは整合せず、大規模で非球対称な風構造の存在を示唆した。
• MHDシミュレーションにより、わずか約30–130 Gの弱い磁気双極子場でも、赤道部の圧縮、径方向の流入および噴出を生じさせられ、観測されたHα運動学的挙動と整合した。
• 結果から、弱い磁場がプラズマを閉じ込め、一時的なHVAイベントを生じさせ、晩期B超巨星における異常な風挙動の説明として妥当なメカニズムである可能性が示唆された。