[논문 리뷰] Multicomponent radiatively driven stellar winds II. Gayley-Owocki heating in multitemperature winds of OB stars

Jiřı́ Krtička, J. Kubát|ArXiv.org|2001. 08. 06.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 37인용 수 26

한 줄 요약

이 논문은 OB 항성에서의 다온도, 다성분 복사력 기반 바람을 조사하며, 이온 온도의 차이를 유도하는 핵심 메커니즘으로 Gayley-Owocki(도플러) 가열을 집중적으로 다룬다. 볼츠만 방정식 내에서 속도에 의존하는 복사력에서 직접 가열 항목을 유도함으로써, B형 항성(보통 B2 이하)에서 흡수하는 이온은 다른 성분보다 약 10³ K 높은 온도로 가열될 수 있으며, 수동 물질이 재충적될 경우 X선 방출이 가능하다. 기존의 '요리 공식'으로 인한 체계적 편향 없이 관측값과 일치하는 종단 속도를 도출한다.

ABSTRACT

We show that the so-called Gayley-Owocki (Doppler) heating is important for the temperature structure of the wind of main sequence stars cooler than the spectral type O6. The formula for Gayley-Owocki heating is derived directly from the Boltzmann equation as a direct consequence of the dependence of the driving force on the velocity gradient. Since Gayley-Owocki heating deposits heat directly to the absorbing ions, we also investigated the possibility that individual components of the radiatively driven stellar wind have different temperatures. This effect is negligible in the wind of O stars, whereas a significant temperature difference takes place in the winds of main sequence B stars for stars cooler than B2. Typical temperature difference between absorbing ions and other flow components for such stars is of the order 10^3 K. However, in the case when passive component falls back onto the star the absorbing component reaches temperatures of order 10^6 K, which allows for emission of X-rays. Moreover, we compare our computed terminal velocities with the observed ones. We found quite good agreement between predicted and observed terminal velocities. The systematic difference coming from the using of the so called "cooking formula" has been removed.

연구 동기 및 목표

• 다양한 성분 간의 복사력 기반 바람에서 Gayley-Owocki 가열의 기여를 평가하는 것.
• 특히 저밀도 바람에서 모든 바람 성분 간의 열평형 가정이 타당한지 판단하는 것.
• 이전 모델에서 '요리 공식'과 연관된 체계적 오차를 제거함으로써 종단 속도 예측을 향상시키는 것.
• 재충적되는 수동 성분이 흡수 성분을 약 10⁶ K까지 가열할 수 있는 조건을 조사하는 것.

제안 방법

• 속도에 의존하는 복사력에서 직접 도플러 이동을 고려한 선 흡수 효과를 반영하여 볼츠만 방정식에서 Gayley-Owocki 가열 항목을 유도하였다.
• 각 성분에 대해 별개의 온도를 가진 비이소온적, 3성분 모델(흡수 이온, 수동 플라즈마, 전자)을 구성하였다.
• 충전 상태와 복사력 계산을 위해 근사적이지만 일관된 이온화 평형 계산 기법을 사용하였다.
• 에르미트, 레전드르, 심프슨 수치 적분 기법을 적용하여 GO 가열 적분을 <1% 오차 이내로 계산하였다.
• 모델 예측 종단 속도를 문헌에서 확보한 관측값과 비교하여 모델의 타당성을 검증하였다.
• 마찰성 및 복사력 가열과 함께 GO 가열이 열 구조 및 바람 역학에 미치는 영향을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Gayley-Owocki 가열은 OB 항성의 다성분 바람의 열 구조에 상당한 영향을 미치는가?
• RQ2 특히 B2 이하의 온도를 가진 B형 항성에서 흡수 이온과 수동 플라즈마 간의 온도 차이가 어느 정도 형성되는가?
• RQ3 수동 바람 성분의 재충적이 흡수 이온을 X선 방출 가능한 온도(약 10⁶ K)까지 가열시킬 수 있는가?
• RQ4 볼츠만 방정식에 속도에 의존하는 복사력 항목을 포함함으로써 예측된 종단 속도가 관측 데이터와 어떻게 다를까?
• RQ5 이전 모델에서 '요리 공식'으로 인한 관측치와 예측치 간의 체계적 오차는 이 모델에서 해결되었는가?

주요 결과

• Gayley-Owocki 가열은 복사력의 속도 의존성에 기인하며, 속도 독립적 힘을 가정하지 않고 볼츠만 방정식에서 직접 도출된다.
• B2 이하의 온도를 가진 B형 항성에서 흡수 이온과 다른 성분 간 약 10³ K의 온도 차이가 GO 및 마찰성 가열에 의해 발생한다.
• 수동 성분의 재충적이 이루어지는 경우, 흡수 이온은 약 10⁶ K 수준의 온도로 가열되어 X선 방출이 가능한 코로나 유사 영역을 형성할 수 있다.
• 이 모델은 이전 '요리 공식'으로 인한 종단 속도의 체계적 오차를 성공적으로 제거하였으며, 관측치와 양호한 일치를 보였다.
• O형 항성에서는 마찰성 및 GO 가열은 무시할 수 있지만, 더 낮은 온도의 B형 항성에서는 이들이 중요하게 작용하여 UV 과잉 및 X선 활동을 유도한다.
• 최적화된 적분 규칙과 부분구간 적분 기법을 사용하여 GO 가열 적분의 수치 처리 오차가 1% 미만이었다.