[논문 리뷰] Multicomponent radiatively driven stellar winds IV. On the helium decoupling in the wind of sigma Ori E

Jiřı́ Krtička, J. Kubát외 1명|ArXiv.org|2006. 07. 18.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 1인용 수 16

한 줄 요약

이 연구는 비국소 열역학평형(NLTE) 풍속 모델을 사용하여 Bp형 항성 σ Ori E의 다성분 복사압 풍속에서 헬륨 탈구가 일어날 수 있는지 조사한다. 현실적인 조건에서는 수소와의 강한 결합으로 인해 헬륨 탈구가 일어나기 어려운 것으로 나타났으며, 헬륨 전하가 극도로 낮은 비현실적인 조건에서만 가능할 수 있다. 또한 외부 풍속에서는 더 무거운 원소와의 충돌로 인해 마찰성 가열 효과가 두드러진다.

ABSTRACT

We study the possibility of the helium decoupling in the stellar wind of sigma Ori E. To obtain reliable wind parameters for this star we first calculate an NLTE wind model and derive wind mass-loss rate and terminal velocity. Using corresponding force multipliers we study the possibility of helium decoupling. We find that helium decoupling is not possible for realistic values of helium charge (calculated from NLTE wind models). Helium decoupling seems only possible for a very low helium charge. The reason for this behaviour is the strong coupling between helium and hydrogen. We also find that frictional heating becomes important in the outer parts of the wind of sigma Ori E due to the collisions between some heavier elements and the passive components -- hydrogen and helium. For a metallicity ten times lower than the solar one both hydrogen and helium decouple from the metals and may fall back onto the stellar surface. However, this does not explain the observed chemical peculiarity since both these components decouple together from the absorbing ions. Although we do not include the effects of the magnetic field into our models, we argue that the presence of a magnetic field will likely not significantly modify the derived results because in such case model equations describe the motion parallel to the magnetic field.

연구 동기 및 목표

• Bp형 항성 σ Ori E의 화학적 비정상성은 헬륨 탈구로 설명될 수 있는가를 규명하는 것.
• 비국소 열역학평형(NLTE) 계산을 사용하여 σ Ori E의 다성분 복사압 풍속을 모델링하는 것.
• 외부 풍속 영역에서 풍속 성분 간의 마찰성 가열과 운동량 전달의 역할을 평가하는 것.
• 풍속 탈구 메커니즘이 뜨거운 항성에서 헬륨 농도 이상을 설명하는 데 실현 가능한가 평가하는 것.
• 중성도 변화가 성분 탈구 및 수소와 헬륨의 잔류 가능성에 미치는 영향을 조사하는 것.

제안 방법

• 신뢰할 수 있는 풍속 질량 손실률과 최종 속도를 유도하기 위해 σ Ori E에 대한 비국소 열역학평형(NLTE) 풍속 모델을 구축.
• TLUSTY와 투명도 프로젝트의 원자 데이터를 사용하여 수소, 헬륨, 더 무거운 원소의 힘 배율을 계산.
• 풍속 성분 간의 쿠론 상호작용을 통한 운동량 전달을 모델링하기 위해 다성분 유체역학 방정식을 적용.
• 특히 Δv_Hα와 Δv_iH에 중점을 두어 수소, 헬륨, 더 무거운 이온 간의 결합 강도를 평가하기 위해 속도 차이 방정식을 사용.
• 운동량 전달 항과 성분 간 속도 차이 추정을 비교하여 마찰성 가열의 중요성을 평가.
• 특히 헬륨 전하 변화에 따라 변하는 Eq. (19)의 속도 차이 비율의 부호와 크기를 분석하여 탈구 조건을 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 σ Ori E의 복사압 풍속에서 헬륨이 수소 및 더 무거운 원소와 탈구될 수 있는가?
• RQ2 NLTE 모델 기반으로 σ Ori E의 현실적인 풍속 파arameter(질량 손실률, 최종 속도)는 무엇인가?
• RQ3 수소-헬륨 결합 강도가 헬륨 탈구 가능성에 미치는 영향는 어떠한가?
• RQ4 마찰성 가열은 σ Ori E의 외부 풍속 역학에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ5 어떤 중성도 조건에서 수소와 헬륨이 함께 탈구되어 별 표면으로 다시 떨어질 수 있는가?

주요 결과

• NLTE 풍속 모델은 σ Ori E의 관측 제약 조건과 일치하는 질량 손실률과 최종 속도를 도출한다.
• 현실적인 헬륨 전하 조건에서는 헬륨 탈구가 실현 가능하지 않으며, 비현실적으로 낮은 헬륨 전하 조건에서만 가능하다.
• 수소와 헬륨 간의 강한 결합으로 인해 효과적인 탈구가 불가능하며, Δv_Hα가 Δv_iH에 비해 작게 유지된다.
• 저중성도 조건에서 더 무거운 원소와 수소 및 헬륨와의 충돌로 인해 외부 풍속에서 마찰성 가열 효과가 두드러진다.
• 태양 중성도의 1/10 수준의 저중성도 조건에서는 수소와 헬륨이 금속과 함께 탈구되어 다시 떨어질 수 있지만, 이는 관측된 화학적 비정상성을 설명하지 못한다. 왜냐하면 두 성분이 함께 탈구되기 때문이다.
• 자기장 효과는 결과에 큰 영향을 주지 않으며, 모델 방정식은 자기장 선을 따라 여전히 유효하며, 분석에서 강한 자기장 영향은 발견되지 않았다.