[논문 리뷰] The adventure of carbon stars - Observations and modelling of a set of C-rich AGB stars

Gioia Rau, Josef Hron외 6명|arXiv (Cornell University)|2017. 01. 16.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 2인용 수 15

한 줄 요약

이 연구는 여섯 개인 탄소-rich AGB 별의 대기 구조와 질량 손실을 조사하기 위해 VLTI/MIDI 간섭계, 스펙트로광도계 및 동적 모델 대기를 결합한다. 모델들은 장파장 SED 및 가시도 데이터를 성공적으로 재현하며, Mira는 간헐적인 질량 손실을 겪는 확장된 쉘 구조를 가지며, 비-Mira 별들은 더 컴팩트하고 낮은 질량 손실률을 보임을 드러낸다. 이는 TP-AGB 진화 모델과 일치한다.

ABSTRACT

Modeling stellar atmospheres is a complex, intriguing task in modern astronomy. A systematic comparison of models with multi-technique observations is the only efficient way to constrain them. Aims: We performed a self-consistent modeling of the atmospheres of six C-rich AGB stars: R Lep, R Vol, Y Pav, AQ Sgr, U Hya and X TrA, with the aim of enlarging the knowledge of the dynamic processes occurring in their atmospheres. Methods. We used VLTI/MIDI interferometric observations, in combination with spectro-photometric data, and compared them with self-consistent dynamic models atmospheres. Results: The models can reproduce SED data well at wavelengths longwards of 1μm, and the interferometric observations between 8μm and 10μm. Discrepancies could be due to a combination of data- and model-related effects. The models best fitting the Miras are significantly extended, with a prominent shell-like structure, while the models best fitting the non-Miras are more compact, showing lower average mass-loss. The mass loss is of episodic or multi-periodic nature, but causes the visual amplitudes to be notably larger than the observed ones. Stellar parameters were derived from the model fitting: T_eff, L_bol, M, C/O, $\dot{ ext{M}}$. Our findings agree well with literature values within the uncertainties. T_eff and L_bol are also in good agreement with the T derived from the angular diameter θ_{(V-K)} and L_bol from the SED fitting, except for AQ Sgr. Finally, θ_Ross and θ_(V-K) agree with each other better for the Miras than for the non-Miras,which is probably connected to the episodic nature of the latter models. We also located the stars in the H-R diagram, comparing them with evolutionary tracks. We found that the main derived properties from the model fitting are in good agreement with TP-AGB evolutionary calculations for carbon stars (COLIBRI code).

연구 동기 및 목표

• 다양한 기술을 통한 관측과 자기 일관성 있는 모델링을 통해 탄소-rich AGB 별의 동적 대기 과정을 이해하기 위해.
• 모델 피팅을 통해 표면 온도, 빛의 강도, 질량, C/O 비율, 질량 손실률 등의 항성 파라미터를 제약하기 위해.
• 진동과 먼지 유도 풍속이 탄소-rich AGB 별의 보조행성 환경을 어떻게 형성하는지 조사하기 위해.
• 현재의 동적 모델 대기(DARWIN)가 관측된 SED 및 가시도를 얼마나 잘 재현하는지, 특히 가시광선 및 중간 적외선 대역에서의 한계를 시험하기 위해.
• 모델 예측을 간섭계 데이터와 비교하여 먼지 입자 크기 및 투과도 가정이 모델 정확도에 어떤 영향을 미치는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 고각도 해상도를 가진 VLTI/MIDI 간섭계 관측을 사용하여 보조행성 환경의 공간적 구조를 탐색하였다.
• 가시광선에서 중간 적외선에 이르는 파장 범위의 스펙트로광도계 측정과 간섭계 데이터를 융합하였다.
• 시간에 따라 변화하는 유체역학과 복사전달을 해결하는 자기 일관성 있는 동적 모델 대기(DARWIN)를 적용하였다. 이는 먼지 형성과 성장을 포함한다.
• 다양한 항성 파라미터와 먼지 특성을 가진 모델 격자와 관측된 SED 및 가시도 곡선을 피팅하였다.
• 작은 입자 근사치(SPL) 가정이 먼지 투과도와 모델 피팅 품질에 미치는 영향을 비교 분석하기 위해, 이 가정이 포함된 모델과 포함되지 않은 모델을 테스트하였다.
• 기하학적 모델과 각지름 측정값(θ(V-K) 및 θRoss)을 사용하여 표면 온도와 볼로메트릭 빛의 강도를 상호 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 동적 모델 대기는 탄소-rich AGB 별의 관측된 SED 및 가시도 곡선을 얼마나 잘 재현하는가?
• RQ2 비-Mira 탄소 별의 질량 손실과 대기 구조 형성에 있어 간헐적 또는 다주기적 진동의 역할은 Mira와 비교하여 어떠한가?
• RQ3 먼지 입자 크기에 따라 달라지는 투과도가 중간 적외선 간섭계 데이터에 대한 모델 피팅에 얼마나 큰 영향을 미치는가? 특히 작은 입자 근사치를 완화했을 경우에 대해.
• RQ4 유도된 항성 파라미터(Teff, Lbol, M, C/O, Ṁ)는 진화 모델과 문헌 값과 비교하여 어떻게 다른가?
• RQ5 왜 모델의 가시광선 진폭이 관측값을 초과하는가? 특히 준정기적 및 불규칙 변수에서 그러한 현상이 나타나는 이유는 무엇인가?

주요 결과

• 모델은 1 μm 이상의 파장에서 SED를 잘 재현하며, 8~10 μm 사이의 가시도 데이터에서도 관측과 양호한 일치를 보여, 중간 적외선에서의 관측과의 일치가 잘 이루어짐을 시사한다.
• Mira 별은 두드러진 쉘 형태의 확장된 대기를 가지며, 비-Mira 별들은 더 컴팩트하고 평균 질량 손실률이 낮은 편이다.
• 모델과 관측 간의 가시광선 진폭 차이는 비-Mira 별에서의 간헐적 또는 다주기적 진동의 성격이 모델에서 충분히 반영되지 않았기 때문일 가능성이 높다.
• 모델에서 유도된 표면 온도와 볼로메트릭 빛의 강도는 θ(V-K)와 SED 피팅을 통해 유도된 값과 양호한 일치를 보였으며, AQ Sgr를 제외한 대부분의 경우에 해당됨. AQ Sgr의 경우 위상에 따른 변화나 모델 한계로 인한 것으로 보인다.
• 작은 입자 근사치(SPL)를 가정하지 않은 모델은 먼지 응축도가 낮고, 일부 별에서의 가시광선 초과 현상을 더 잘 설명할 수 있었으며, 향후 모델에서 입자 크기 의존성 투과도가 필요함을 시사한다.
• 별들이 H-R도상에서 TP-AGB 진화 궤적(제작 코드: COLIBRI)과 잘 일치함을 확인하였으며, 현재의 항성 진화 이론과의 일관성을 확인하였다.