[논문 리뷰] Three-component modeling of C-rich AGB star winds. II. The effects of drift in long-period variables

C. Sandín, S. Höfner|arXiv (Cornell University)|2003. 04. 15.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 17인용 수 15

한 줄 요약

이 연구는 C-rich AGB 별에 대한 3성분 유체역학 모델을 개발하여 기체--dust 이동과 펄세이션 효과를 명시적으로 포함함으로써, 이동이 바람 특성에 미치는 영향을 조사한다. 이는 이동이 비이동 모델에 비해 질량 손실률과 최종 속도를 크게 감소시키며, 특히 저밀도 Planck 평균 투과도 모델에서 두드러지게 나타남을 발견한다. 또한 이동 효과는 비이동 모델로는 신뢰성 있게 예측할 수 없으며, 이로 인해 기존의 피팅 공식은 이러한 고도화된 모델에 적용될 수 없다는 결론을 내린다.

ABSTRACT

We present three-component wind models for carbon rich pulsating AGB stars. In particular we study the effects of drift in models of long-period variables, meaning that the dust is allowed to move relative to the gas (drift models). In addition we investigate the importance of the degree of variability of the wind structures. The wind model contains separate conservation laws for each of the three components of gas, dust and the radiation field. We use two different representations for the gas opacity, resulting in models with different gas densities in the wind. The effects which we investigate here are important for the understanding of the wind mechanism and mass loss of AGB stars. This study is hereby a necessary step towards more reliable interpretations of observations. We find that the effects of drift generally are significant. They cannot be predicted from models calculated without drift. Moreover, the non-drift models showing the lowest mass loss rates, outflow velocities, and the smallest variability in the degree of condensation do not form drift model winds. The wind formation in drift models is, except for a few cases, generally less efficient and the mass loss consequently lower than in the corresponding non-drift models. The effects of drift are generally larger in the more realistic models using that representation of the gas opacity which results in lower densities. The outflow properties of these models are also -- for all cases we have studied -- sensitive to the period of the stellar pulsations. A check of the mass loss rates against a (recent) fit formula shows systematically lower values, in particular in the more realistic models with a low density. The fit is in its current form inapplicable to the new models presented here.

연구 동기 및 목표

• 기체-dust 이동이 C-rich AGB 별의 질량 손실과 바람 구조에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 장주기 변수에서의 항성 펄세이션 효과가 이동을 포함할 경우 바람 형성에 어떻게 영향을 주는지 평가하기 위해.
• 비이동 모델이 이동 모델에서 관측된 효과를 신뢰성 있게 재현할 수 있는지 평가하기 위해.
• 기존의 질량 손실률 피팅 공식이 이동을 포함하고 현실적인 기체 투과도를 반영한 새로운 바람 모델에 적용 가능한지 테스트하기 위해.
• 이동에 의해 유도된 바람 특성의 변화가 명시적인 이동 모델링 없이도 예측 가능한지 확인하기 위해.

제안 방법

• 기체, 먼지, 복사에 대해 별개의 보존 법칙을 적용한 3성분 유체역학 방정식을 해결한다.
• 기존 연구에서의 1차 정확도를 개선하기 위해 기체와 먼지 간의 동역학적 운동량 전달을 2차 정확도 수치 방법으로 모델링한다.
• 기체 투과도 표현을 두 가지로 사용한다: 일정 투과도( Bowen 1988)와 Planck 평균 분자 투과도(HJLA98)로 고밀도 및 저밀도 바람 구조를 비교한다.
• 장주기 변수를 시뮬레이션하기 위해 시간에 따라 변하는 경계 조건을 통해 항성 펄세이션을 포함시킨다.
• 질량 손실률, 최종 속도, 응축도와 같은 바람 특성을 시간 평균하여 이동 모델과 비이동 모델을 비교한다.
• 기존의 Wachter et al. (2002) 질량 손실률 피팅 공식의 타당성을 평가하기 위해 모델을 기준으로 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기체-dust 이동은 C-rich AGB 별 바람의 최종 속도와 질량 손실률에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 펄세이션 주기가 장주기 변수의 바람 구조와 이동 효과에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 비이동 모델은 이동 모델에서 관측된 바람 특성을 정확히 예측할 수 있는가?
• RQ4 어떤 Planck 평균 PC 모델에서는 이동 모델 바람이 형성되지 않는가?
• RQ5 Wachter et al. (2002)의 질량 손실률 피팅 공식은 이동과 현실적인 기체 투과도를 포함한 모델에 적용 가능한가?

주요 결과

• 이동 모델은 비이동 모델 대비 일관되게 낮은 질량 손실률을 보이며, 특히 기체-먼지 결합이 약한 저밀도 Planck 평균 투과도 모델에서 감소 폭이 가장 크다.
• 이동을 포함하면 먼지 관련 양에 대한 시간적 변동성이 커지고, 특히 Planck 평균 모델에서 바람 특성의 불규칙한 변동성이 증가한다.
• 일부 경우에서 이동은 질량 손실률을 증가시키며, 특히 비이동 모델이 낮은 최종 속도와 낮은 질량 손실을 보이는 일정 투과도 모델에서 그렇다.
• 일부 Planck 평균 PC 모델에서는 이동 모델 바람이 형성되지 않으며, 특히 응축도의 변동성이 낮은 경우에 특히 그렇다. 이는 이동이 비이동 모델이 성공한 영역에서 바람 형성을 방해할 수 있음을 시사한다.
• Wachter et al. (2002) 피팅 공식은 Planck 평균 모델에 대해 질량 손실률을 10배 과대평가하므로, 본 연구에서 제시한 이동 포함 모델에는 적용 불가능하다.
• Planck 평균 이동 모델은 일정 투과도 모델보다 펄세이션 주기에 더 민감하며, 이는 펄세이션이 이동 기반 바람 역학 형성에 중요한 영향을 미친다는 것을 강조한다.