[論文レビュー] Constraining stellar parameters and atmospheric dynamics of the carbon AGB star V Oph

Gioia Rau, K. Ohnaka+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 129被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、自己無撞着な動的大気モデル（DARWIN）を用いて、炭素豊富なAGB星V OphのVLTI/MIDI干渉計データを分析し、星のパラメータと大気の動的挙動を制約した。恒星の脈動だけでは観測された拡張した分子層およびダスト層を完全に説明できないことが示され、アルヴェン波の寄与が示唆される。星はミラ星よりも準周期変光星とみなされるべきであり、磁場強度は約7.6 G、ダスト半径は最大853 R⊙に達する可能性がある。

ABSTRACT

Molecules and dust produced by the atmospheres of cool evolved stars contribute to a significant amount of the total material found in the interstellar medium. To understand the mechanism behind the mass loss of these stars, it is of pivotal importance to investigate the structure and dynamics of their atmospheres. Our goal is to verify if the extended molecular and dust layers of the carbon-rich asymptotic giant branch (AGB) star V Oph, and their time variations, can be explained by dust-driven winds triggered by stellar pulsation alone, or if other mechanisms are operating. We model V Oph mid-infrared interferometric VLTI-MIDI data ($8$-$13~\mu$m), at phases $0.18$, $0.49$, $0.65$, together with literature photometric data, using the latest-generation self-consistent dynamic atmosphere models for carbon-rich stars: DARWIN. We determine the fundamental stellar parameters: $T_ ext{eff} = 2600~$K, $L_ ext{bol} = 3585~$L$_{\odot}$, $M = 1.5~$M$_{\odot}$, $C/O = 1.35$, $\dot{M} = 2.50\cdot10^{-6}$M$_{\odot}$/yr. We calculate the stellar photospheric radii at the three phases: $479$, $494$, $448$ R$_{\odot}$; and the dust radii: $780$, $853$, $787$ R$_{\odot}$. The dynamic models can fairly explain the observed $N$-band visibility and spectra, although there is some discrepancy between the data and the models, which is discussed in the text. We discuss the possible causes of the temporal variations of the outer atmosphere, deriving an estimate of the magnetic field strength, and computing upper limits for the Alfv\'{e}n waves velocity. In addition, using period-luminosity sequences, and interferometric modeling, we suggest V Oph as a candidate to be reclassified as a semi-regular star.

研究の動機と目的

• 星の脈動によるダスト駆動風だけが、炭素豊富なAGB星V Ophにおける拡張した分子層およびダスト層を説明できるかどうかを明らかにすること。
• 観測された大気の動的挙動および時間的変化を説明するために、アルヴェン波などの追加的メカニズムが必要かどうかを調査すること。
• 脈動周期と光度を周期-光度シーケンスと比較することで、V Ophの分類を再評価すること。
• 干渉計および光度測定データを用いて、V Ophの光球面およびダストシェルの物理的パラメータを制約すること。

提案手法

• 炭素豊富な星用の自己無撞着な動的大気モデルのDARWINグリッドを用いて、V OphのVLTI/MIDI Nバンド干渉計データ（8–13 µm）を3つの脈動位相（φ = 0.18, 0.49, 0.65）でモデリングすること。
• 観測された visibility、スペクトル、光度を動的モデルにフィットさせ、基本的な星のパラメータおよび大気構造を導出すること。
• 摂動の特徴的速度を計算し、アルヴェン波速度および磁場強度の上限値を導出すること。
• V Ophの周期と光度をWood（2015）の周期-光度シーケンスと比較し、脈動モードの特定および再分類の可能性を評価すること。
• WJKインデックス（色変化補正なしの光度指標）を用いて星の質量を推定し、進化軌道と比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 星の脈動によって引き起こされるダスト駆動風だけが、V Ophにおける観測された拡張した分子層およびダスト層を説明できるか？
• RQ2 アルヴェン波は、V Ophの大気の変動および質量放出にどのような役割を果たすか？
• RQ3 外層の大気における時間的変化は、密度および温度の変化によるものか、あるいは磁気流体力学的プロセスによって駆動されているか？
• RQ4 V Ophの脈動周期と光度は、基本モードか第一オーバートーンモードの脈動シーケンスに一致するか？
• RQ5 その脈動および干渉計的挙動を踏まえて、V Ophはミラ星ではなく準周期変光星に再分類される可能性があるか？

主な発見

• V Ophの有効温度は2600 Kと特定され、ボロメトリック光度は3585 L⊙、質量は1.5 M⊙である。
• 星の質量損失率は2.50 × 10⁻⁶ M⊙/yrと推定され、炭素酸素比は1.35である。
• 光球面半径は脈動位相によって変化し、それぞれφ = 0.18, 0.49, 0.65で479 R⊙、494 R⊙、448 R⊙である。
• ダスト半径はより大きく、位相0.49で最大853 R⊙に達し、大気の顕著な拡張を示している。
• 推定された磁場強度は約7.6 Gであり、AGB星における文献値と整合的であり、アルヴェン波速度の上限値が導出された。
• V Ophは基本モードではなく第一オーバートーンモードで脈動している可能性が高く、準周期変光星への再分類を支持する。