[논문 리뷰] The advanced stages of stellar evolution: impact of mass loss, rotation, and link with B[e] stars

C. Georgy, Hideyuki Saio외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 24.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 질량 손실과 회전이 거대 별의 후기 진화에 어떻게 영향을 미치는지 조사하며, 일부 별이 히르츠프룽-라수스도에서 파랑-빨강-파랑 진화를 겪는다는 것을 밝혀냈다. 핵심 발견은 청색 초거성(BSG)이 두 가지 다른 집단으로 나뉘어질 수 있다는 것이다: 처음으로 HRD를 횡단하는 별들과 적색 초거성 단계를 거쳐 다시 파랑으로 돌아오는 별들로, 질량, 표면 중력, 진동 특성에서 관측 가능한 차이가 있다.

ABSTRACT

In this paper, we discuss some consequences of rotation and mass loss on the evolved stages of massive star evolution. The physical reasons of the time evolution of the surface velocity are explained, and then we show how the late-time evolution of massive stars are impacted in combination with the effects of mass loss. The most interesting result is that in some cases, a massive star can have a blue-red-blue evolution, opening the possibility that Blue Supergiants are composed by two distinct populations of stars: one just leaving the main sequence and crossing the HRD for the first time, and the other one evolving back to the blue side of the HRD after a Red Supergiant phase. We discuss a few possible observational tests that can allow to distinguish these two populations, and how supergiant B[e] stars fit in this context.

연구 동기 및 목표

• 질량 손실과 회전이 거대 별의 후기 진화에 미치는 영향를 이해하기 위해.
• 주계열 이후 표면 속도 진화를 이끄는 물리적 메커니즘을 조사하기 위해.
• 청색 초거성(BSG)이 두 가지 다른 진화 집단으로 나타날 수 있는지 검토하기 위해: 첫 번째와 두 번째 HRD 횡단.
• 첫 번째와 두 번째 횡단 BSG를 구별할 수 있는 관측 진단 방법을 평가하기 위해.
• 진화한 거대 별과 초거성 B[e] 별(sgB[e])의 기원 사이의 관계를 탐구하기 위해.

제안 방법

• 태양 금속성에서 초기 질량 12에서 40 M⊙ 사이의 별진화 모델을 사용하였으며, 제네바 별진화 코드(Ekström et al. 2012)를 기반으로 하였다.
• 표면 회전 속도의 진화는 각운동량 보존, 내부 불안정성에 의한 재분배, 별풍에 의한 손실을 추적하여 모델링하였다.
• 적색 초거성(RSG) 단계 동안 질량 손실률는 10⁻⁶에서 10⁻⁵ M⊙ yr⁻¹ 사이로 설정하였으며, 10⁵에서 10⁶년 간 지속되어 별의 질량과 구조에 상당한 영향을 미쳤다.
• 진동 발생 조건을 평가하기 위해 빛의 세기 대 질량 비율(L/M)을 계산하였으며, 특히 L/M > 10⁴ L⊙/M⊙일 때 이상 진동 모드의 발생 조건이 충족됨을 확인하였다.
• 특히 CNO 순환 연소로 노출된 물질의 징후를 찾기 위해 ¹²C/¹³C 비율의 화학적 농도 변화를 추적하였다.
• 모델 일관성을 검증하기 위해 복사력-중력관계(FGLR)를 사용하였으며, 첫 번째와 두 번째 횡단 경로를 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 거대 별의 관측된 표면 속도 진화는 반지름 팽창, 내부 각운동량 이동, 별풍에 의한 손실에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ2 거대 별이 히르츠프룽-라수스도에서 파랑-빨강-파랑 진화를 보일 조건은 무엇인가?
• RQ3 적색 초거성 단계 이후 다시 파랑으로 돌아오는 별들과 처음으로 HRD를 횡단하는 별들 사이의 관측 가능한 차이는 무엇인가?
• RQ4 RSG 단계 동안의 질량 손실이 BSG의 L/M 비율과 진동 불안정성의 가능성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 초거성 B[e] 별(sgB[e])의 성질은 단일 별 진화로 설명될 수 있는가, 아니면 이진 별 기원이 더 타당한가?

주요 결과

• 초기 질량 ≥15 M⊙인 별들은 반지름 팽창과 별풍에 의한 각운동량 손실의 병합 효과로 주계열 이후 표면 속도가 급격히 감소한다.
• 진화 모델에서 ¹²C/¹³C 비율은 RSG 단계 종료 시 급격한 변화를 보이며, 질량 손실로 인해 CNO 연소로 인한 물질이 노출됨을 시사한다.
• 두 번째 횡단 BSG는 동일한 표면 온도에서 첫 번째 횡단 BSG보다 상당히 낮은 표면 중력을 가진다. 이는 RSG 단계 동안의 질량 손실로 인한 것이다.
• 두 번째 횡단 BSG의 L/M 비율은 10⁴ L⊙/M⊙를 초과하여 이상 진동 모드가 발생할 수 있는 조건을 만족한다.
• α Cygni 변수—진동하는 BSG—의 관측은 15–25 M⊙ 별들에서 파랑-빨강-파랑 진화의 존재를 뒷받침한다.
• 별진화 모델은 대부분의 BSG가 첫 번째 횡단이거나 RSG 단계에서 질량 손실가 적은 경우에만 관측된 FGLR를 재현할 수 있으며, 이는 질량 손실이 파랑 방향 진화를 가능하게 하는 데 핵심적인 역할을 한다는 것을 강조한다.