[논문 리뷰] Origin of the rotation rates of single white dwarfs

H. C. Spruit|arXiv (Cornell University)|1998. 02. 11.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 단일 백색왜성의 자전이 주계열 원성에서 기인하는 것이 아니라, 초거대갈색왜성(AGB) 단계에서 질량 손실 동안 발생하는 약한 비축대칭 비대칭성에 의해 유도되는 각운동량 이행으로 기인한다고 제안한다. AGB 초우주풍의 약한 비축대칭성에 의해 구동되는 시뮬레이션 결과, 질량 손실에서의 작은 무작위 비축대칭성(~10⁻³)이 관측과 일치하는 약 1일 주기의 백색왜성 자전을 생성할 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

I argue that the rotation of white dwarfs is not a remnant of the angular momentum of their main sequence progenitors but a result of the mass loss process on the AGB. Weak magnetic fields, if present in stellar interiors, are likely to maintain approximately uniform rotation in stars, both on the main sequence and on the giant branches. The nearly uniform rotation of the core of the Sun is evidence for the existence of such fields. Exactly axisymmetric mass loss on the AGB from uniformly rotating stars would lead lead to white dwarfs with very long rotation periods ($>$ 10 yr). Small random non-axisymmetries ($\sim 10^{-3}$) in the mass loss process, on the other hand, add sufficient angular momentum to explain the observed rotation periods around one day. The process illustrated with a computation of the probability distribution of the rotation periods under the combined influence of random forcing by weak nonaxisymmetries and angular momentum loss in the AGB superwind. Such asymmetries can in principle be observed by proper motion studies of the clumps in interferometric images of SiO maser emission.

연구 동기 및 목표

• 관측된 백색왜성 자전 주기(~1일)와 주계열 원성의 균일한 각운동량에 기반한 이론적 예측 사이의 괴리 문제를 해결하기 위해.
• 백색왜성의 각운동량이 원성에서 유전되는지, 아니면 AGB 단계에서 생성되는지 조사하기 위해.
• 약한 자기장과 비축대칭 질량 손실이 백색왜성 자전 속도에 미치는 역할을 규명하기 위해.
• AGB 초우주풍의 무작위 비대칭성 영향을 고려한 자전 주기의 확률 분포를 모델링하기 위해.
• 마이저 방출 클러스터의 관측 가능한 특징을 기반으로 자전을 유도하는 비대칭성과 연결하기 위해.

제안 방법

• 질량 손실 과정을 거의 축대칭 풍속과 작은 무작위 비축대칭 편향(~10⁻³ 진폭)의 조합으로 모델링하기 위해.
• 이러한 비대칭 조건 하에서 별에서 기인한 각운동량이 외부 풍속으로 이행되는 것을 계산하기 위해 동역학 모델을 사용하기 위해.
• 비대칭성의 확률적 성격을 바탕으로 도출된 백색왜성 자전 주기의 확률 분포를 시뮬레이션하기 위해.
• 태양의 핵에서 관측된 균일한 핵 회전과 지지되는 별 내부의 약한 내부 자기장이 별의 내부에서 거의 균일한 회전을 유지하는 데 기여한다는 점을 반영하기 위해.
• 비대칭성을 탐지하기 위해 SiO 마이저 방출 클러스터의 운동량 측정을 통해 관측 가능한 서명을 예측하기 위해.
• 풍속에서 각운동량 보존 법칙을 적용하여 백색왜성 잔여물의 최종 자전 주기를 유도하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 주계열 원성에서 낮은 각운동량를 지닌 단일 백색왜성이 왜 약 1일 주기의 자전을 보이는가?
• RQ2 AGB 단계에서의 비축대칭 질량 손실이 백색왜성의 관측된 자전 속도를 얼마나 잘 설명할 수 있는가?
• RQ3 관측된 백색왜성 자전 주기를 생성하기 위해 AGB 초우주풍에서 어느 정도의 비대칭성이 필요한가?
• RQ4 약한 내부 자기장이 태양과 같은 별에서 관측된 균일한 핵 회전을 설명할 수 있으며, 이는 백색왜성 자전에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 AGB 질량 손실 과정에서의 비축대칭 특징은 마이저 클러스터의 운동량 측정을 통해 관측 가능한가?

주요 결과

• AGB 초우주풍에서 진폭 ~10⁻³인 비축대칭 질량 손실이 백색왜성 자전 주기를 약 1일로 만들 수 있는 충분한 각운동량을 이행할 수 있다.
• 축대칭 질량 손실만으로는 백색왜성 자전 주기가 10년 이상이 되어 관측 결과와 일치하지 않는다.
• 백색왜성 자전 주기의 관측된 분포는 질량 손실 과정에서의 무작위적, 미소 진폭의 비대칭성에 의해 잘 설명된다.
• 별 내부의 약한 자기장은 태양의 핵에서 관측된 균일한 핵 회전을 유지하는 데 기여할 가능성이 높다.
• 백색왜성 자전을 유도하는 비대칭성은 원칙적으로 SiO 마이저 방출의 간섭계 영상에서 클러스터의 운동량 측정을 통해 탐지될 수 있다.
• 모델은 관측 범위와 일치하는 자전 주기의 확률 분포를 예측하여, 백색왜성 자전의 기원이 AGB 질량 손실에서 비롯된다는 것을 지지한다.