[논문 리뷰] The stability of late-type stars close to the Eddington limit

M. Asplund|arXiv (Cornell University)|1997. 10. 15.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 3인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 비열성 초거성 항성의 에딩턴 한계 근처에서의 안정성을 비단열적 선형 안정성 분석을 통해 조사한다. 초과 에딩턴 복사원이 기체 압력 역전과 복사 불안정성 유도하지만, 이러한 불안정성의 성장률은 낮아 약 10⁻⁵ s⁻¹이며, 극도의 복사원에도 불구하고 증폭이 제한됨을 시사한다.

ABSTRACT

Super-Eddington luminosities in hydrostatic model atmospheres manifest themselves by the presence of gas pressure inversions. Such inversions are not an artifact of the assumption of hydrostatic equilibrium but can also be present in hydrodynamical model atmospheres. Only for very large mass loss rates hardly realized in supergiants will the inversions be removed. Instabilities may, however, still be present in such inversions, which is investigated for both H-rich and H-deficient late-type supergiant model atmospheres. A local, non-adiabatic, linear stability analysis reveals that sound waves can be amplified due to the strong radiative forces. However, despite the super-Eddington luminosities, the efficiency of the radiative instabilities is fairly low compared to for early-type stars with growth rates of $10^{-5} s^{-1}$.

연구 동기 및 목표

• 에딩턴 복사원 한계에 근접하거나 이를 초과하는 비열성 초거성 항성의 안정성을 검토하기 위해.
• 수정된 수소 농도가 높거나 낮은 대기에서의 복사력이 불안정성 유도 역할을 하는지 평가하기 위해.
• 비열성 항성에서 복사 불안정성의 효율성을 초기형 항성과 비교하여 정량화하기 위해.
• 질량 손실률이 압력 역전과 관련된 불안정성을 억제할 수 있는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 비열성 초거성 항성의 모델 대기에서 국소적 비단열적 선형 안정성 분석을 수행하기 위해.
• 수동역학적 모델 대기에서 초과 에딩턴 복사원 조건 하에서 기체 압력 역전이 유지되는지 평가하기 위해.
• 수소 농도가 높고 낮은 조성에서 복사력 분석을 수행하여 불안정성 행동을 비교하기 위해.
• 초과 에딩턴 복사원 존재 하에서 복사력에 의해 증폭되는 음파의 성장률 평가하기 위해.
• 기존의 초기형 항성에서의 불안정성 행동과 비교하여 결과의 맥락을 설정하기 위해.
• 비단열적 변동 이론을 적용한 표준 항성 대기 모델링 기법을 사용하여 안정성 기준 유도하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초과 에딩턴 복사원 조건을 나타내는 기체 압력 역전 현상이 수동역학적 모델 대기에서도 유지되는가?
• RQ2 매우 높은 질량 손실률이 초과 에딩턴 비열성 항성에서 압력 역전 현상을 제거할 수 있는가?
• RQ3 에딩턴 한계 근처의 비열성 초거성 항성에서 복사 불안정성의 성장률은 얼마인가?
• RQ4 비열성 항성에서의 불안정성 효율성은 초기형 항성과 비교해 어떻게 다른가?
• RQ5 초과 에딩턴 조건 하에서 수소 농도가 높고 낮은 대기는 복사 불안정성에 동일하게 취약한가?

주요 결과

• 초과 에딩턴 복사원과 관련된 기체 압력 역전 현상이 수동역학적 모델 뿐 아니라 수동역학적 모델 대기에서도 유지된다.
• 초과 에딩턴 복사원에도 불구하고 비열성 항성에서 복사 불안정성의 성장률은 약 10⁻⁵ s⁻¹로 매우 낮게 유지된다.
• 비열성 항성에서의 불안정성 효율성은 초기형 항성보다 현저히 낮으며, 초기형 항성에서는 이러한 불안정성이 더 두드러지게 나타난다.
• 매우 높은 질량 손실률(실제 초거성 항성에서 드물게 관측됨)에도 불구하고 압력 역전 현상은 완전히 제거되지 않는다.
• 음파는 강한 복사력에 의해 증폭되지만, 낮은 성장률로 인해 증폭 정도는 미약하다.
• 수소 농도가 높고 낮은 대기 모두 초과 에딩턴 조건 하에서 유사한 불안정성 특성을 보이지만, 분석은 구성 요소의 차이보다는 일반적 행동에 중점을 두고 있다.