[논문 리뷰] New theoretical Mass-loss rates of O and B Stars

J. S. Vink, A. de Koter외 1명|arXiv (Cornell University)|2000. 08. 11.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 46

한 줄 요약

이 논문은 비-등온 상태(Non-LTE) 풍속 모델에서 다중 산란를 고려한 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하여 O 및 B 항성에 대한 새로운 이론적 질량 손실률을 제시한다. 이는 오랫동안 지속된 O 항성의 복사력 풍속 이론과 관측 결과 사이의 괴리 문제를 해결한다. 결과적으로 O 항성의 관측된 질량 손실률과 풍속 운동량과의 일치도가 매우 우수하며, B1 스펙트럼 유형 근처의 双안정도 점( bi-stability jump )에서 질량 손실률이 5배 증가할 것으로 예측되어, 먼 은하계 시스템에서 거리 측정을 위한 풍속 운동량-광도 관계(Wind Momentum-Luminosity Relation)의 사용을 지지한다.

ABSTRACT

We have calculated mass-loss rates for a grid of wind models covering a wide range of stellar parameters and have derived a mass-loss recipe for two ranges of effective temperature at either side of the bi-stability jump around spectral type B1. For a large sample of O stars, it is shown that there is now good agreement between these new theoretical mass-loss rates that take multiple scattering into account and observations. Agreement between the observed and new theoretical wind momenta increases confidence in the possibility to derive distances to luminous stars in distant stellar systems using the Wind momentum Luminosity Relation. For the winds of the B stars there is an inconsistency in the literature between various mass-loss rate determinations from observations by different methods. One group of the determinations for B stars does follow the new theoretical relation, while another group does not. The lack of agreement between the observed mass-loss rates derived by different methods may point to systematic errors in mass-loss determinations from observations for B stars. We show that our theoretical mass-loss recipe is reliable and recommend it be used in evolutionary calculations.

연구 동기 및 목표

• O 항성에서 이론적 복사력 풍속 모델과 관측된 질량 손실률 사이의 오랫동안 지속된 괴리, 특히 '운동량 문제'를 해결하기 위해.
• O 및 B 항성에 대해 다중 산란와 B1 스펙트럼 유형 근처의 이중안정도 점을 고려한 신뢰할 수 있고 물리적으로 타당한 질량 손실 조건을 개발하기 위해.
• B 항성의 관측적 질량 손실 측정 결과가 서로 일관되지 않는 이유를 평가하고, 이는 체계적 오차가 포함되어 있을 수 있음을 확인하기 위해.
• 거대 항성의 진화 모델에 사용 가능한 검증된 이론적 프레임워크를 제공하기 위해.
• 풍속 운동량-광도 관계(WLR)를 먼 은하계 시스템에 있는 빛나는 항성들의 거리 측정 도구로 응용하는 데를 지지하기 위해.

제안 방법

• 다중 산란 이벤트를 명시적으로 고려하여 비-등온 상태 풍속 모델에서 광자 이동과 운동량 침착을 추적하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하였다.
• O 및 B 항성의 대기와 풍속을 모델링하기 위해 비-등온 상태 통합 풍속 코드( isa-wind )를 사용하였다.
• 효과 온도, 광도, 질량, 화학 조성 등의 항성 파라미터를 다양화하여 확장된 대기 구조를 가진 풍속 모델의 포괄적 격자를 생성하였다.
• 풍속 내에서의 총 운동량 침착량으로부터 질량 손실률을 유도하였으며, 이는 풍속하는 물질을 통과하는 동안 광자의 에너지 손실을 통해 계산되었다.
• 25,000 K 근처의 이중안정도 점 이전과 이후의 두 온도 영역에 대해 다중 선형 회귀를 통해 두 개의 피팅 공식을 유도하였다.
• 특히 O형 초거성에서 관측된 질량 손실률과 풍속 운동량과의 비교를 통해 모델을 校정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 복사력 풍속 모델에 다중 산란를 포함함으로써 O 항성에서 이론적 질량 손실률과 관측 결과 사이의 괴리 문제가 해결되는가?
• RQ2 B1 스펙트럼 유형 근처의 이중안정도 점은 질량 손실률에 어떤 영향을 미치며, 이는 이론적으로 정확하게 예측될 수 있는가?
• RQ3 다양한 관측 방법이 B 항성의 질량 손실률을 서로 일관되지 않게 측정하는 이유는 무엇이며, 체계적 오차가 포함되어 있을 수 있는가?
• RQ4 이론적 풍속 운동량이 관측된 값과 얼마나 일치하는가? 이는 풍속 운동량-광도 관계(WLR)를 먼 은하계 시스템에서 거리 측정 도구로 사용하는 데를 지지하는가?
• RQ5 새로운 이론적 질량 손실 조건은 거대 항성의 진화 모델에 신뢰성 있게 사용될 수 있는가?

주요 결과

• 몬테카를로 시뮬레이션에 다중 산란를 포함함으로써 O 항성에서 오랫동안 지속된 이론과 관측 결과 사이의 괴리 문제가 해결되었으며, 예측된 질량 손실률과 관측 결과 사이에 매우 우수한 일치가 이루어졌다.
• O 항성의 이론적 풍속 운동량은 관측된 값과 강력한 일치를 보이며, 이는 먼 은하계 시스템에 있는 빛나는 항성들의 거리 측정을 위한 풍속 운동량-광도 관계(WLR)의 사용을 지지한다.
• 25,000 K 근처의 이중안정도 점에서 질량 손실률이 5배 증가할 것으로 예측되었으며, 이는 종단 속도가 2배 감소한 관측 결과와 일치한다.
• 다양한 방법으로 측정된 B 항성의 질량 손실률 불일치는 이론 모델의 결함보다는 관측 측정에서의 체계적 오차를 시사할 수 있다.
• 두 온도 영역에 대해 다중 선형 회귀를 통해 유도된 새로운 이론적 질량 손실 조건은 신뢰할 수 있으며, 거대 항성의 진화 계산에 권장된다.
• 모델은 이중안정도 점의 위치와 크기를 성공적으로 예측하여 이론적 프레임워크의 물리적 타당성을 강력히 뒷받침한다.