[論文レビュー] New theoretical Mass-loss rates of O and B Stars

J. S. Vink, A. de Koter+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 11, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 46

ひとこと要約

本論文では、非局所熱平衡（non-LTE）風モデルにおける多重散乱を含むモンテカルロシミュレーションを用いて、O型星およびB型星の新しい理論的質量損失率を提示している。これにより、長年のO型星における放射駆動風理論と観測結果の間にある乖離が解消された。結果は、O型星の観測された質量損失率および風運動量と良好に一致しており、B1スペクトル型付近の二重安定性ジャンプにおける質量損失が5倍に増加すると予測されており、遠方の星系における距離測定に風運動量-光度関係（WLR）を用いることの妥当性を支持している。

ABSTRACT

We have calculated mass-loss rates for a grid of wind models covering a wide range of stellar parameters and have derived a mass-loss recipe for two ranges of effective temperature at either side of the bi-stability jump around spectral type B1. For a large sample of O stars, it is shown that there is now good agreement between these new theoretical mass-loss rates that take multiple scattering into account and observations. Agreement between the observed and new theoretical wind momenta increases confidence in the possibility to derive distances to luminous stars in distant stellar systems using the Wind momentum Luminosity Relation. For the winds of the B stars there is an inconsistency in the literature between various mass-loss rate determinations from observations by different methods. One group of the determinations for B stars does follow the new theoretical relation, while another group does not. The lack of agreement between the observed mass-loss rates derived by different methods may point to systematic errors in mass-loss determinations from observations for B stars. We show that our theoretical mass-loss recipe is reliable and recommend it be used in evolutionary calculations.

研究の動機と目的

• O型星における理論的放射駆動風モデルと観測された質量損失率の間の長年の乖離、特に「運動量問題」を解消すること。
• B1スペクトル型付近の二重安定性ジャンプを考慮し、多重散乱を含む物理的根拠に基づいた信頼できるO型星およびB型星の質量損失レシピを開発すること。
• B型星の観測的質量損失率の決定方法が異なると結果が不一致を示す理由を評価すること。
• 大質量星の進化モデルに使用可能な検証済みの理論的枠組みを提供すること。
• 遠方の星系における明るい星の距離測定に風運動量-光度関係（WLR）を応用することを支援すること。

提案手法

• モンテカルロシミュレーションを用いて、非局所熱平衡風モデルにおける光子輸送および運動量の沈殿を追跡し、多重散乱を明示的に考慮した。
• O型星およびB型星の大気および風をモデル化するために、非局所熱平衡統合風コード（isa-wind）を用いた。
• 効果的温度、光度、質量、化学成分といった星のパラメータを変化させ、広範な風モデルのグリッドを生成した。
• 質量損失率は、光子が流出する物質中を輸送される過程でのエネルギー損失から計算された全運動量沈殿から導出された。
• 25,000 K付近の二重安定性ジャンプの上下の2つの温度領域について、複数の線形回帰を用いて2つの適合式を導出した。
• 特にO型超巨星の観測された質量損失率および風運動量と照らし合わせて、モデルをキャリブレーションした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 放射駆動風モデルに多重散乱を組み込むことで、O型星における理論的および観測的質量損失率の乖離が解消されるか？
• RQ2 B1スペクトル型付近の二重安定性ジャンプが質量損失率に与える影響は何か？理論的に正確に予測可能か？
• RQ3 異なる観測手法がB型星の質量損失率で不一致を示すのはなぜか？系統的誤差が関係している可能性はあるか？
• RQ4 理論的風運動量と観測値との一致度はどの程度か？これは、遠方の星系における距離測定に風運動量-光度関係（WLR）を用いることの妥当性を支持するか？
• RQ5 新しい理論的質量損失レシピは、大質量星の進化モデルに信頼性を持って使用可能か？

主な発見

• モンテカルロシミュレーションに多重散乱を組み込むことで、O型星における理論と観測の間の長年の乖離が解消され、予測値と観測値の間で良好な一致が得られた。
• O型星の理論的風運動量は観測値と強く一致しており、遠方の星系における明るい星の距離測定に風運動量-光度関係（WLR）を用いることの妥当性が支持された。
• 25,000 K付近の二重安定性ジャンプで質量損失率が5倍に増加すると予測されており、終端速度が2倍に低下する観測結果と整合的である。
• 異なる手法で得られるB型星の質量損失率の不一致は、理論モデルの欠陥よりも、観測的決定における系統的誤差の可能性を示唆している。
• 2つの温度領域について複数の線形回帰を用いて導出された新しい理論的質量損失レシピは信頼性が高く、大質量星の進化計算に推奨される。
• モデルは二重安定性ジャンプの位置と大きさを正確に予測できており、理論的枠組みの物理的妥当性を強く支持している。