[论文解读] 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 9

一句话总结

本研究利用自洽动态大气模型（DARWIN）分析了碳富集的AGB星V Oph的VLTI/MIDI干涉观测数据，约束其恒星参数与大气动力学。结果表明，脉动本身无法完全解释观测到的扩展分子层与尘埃层，暗示阿尔芬波可能起作用；该星可能更适合被归类为半规则变星而非米拉变星，其磁感应强度约为7.6 G，尘埃半径可达853 R⊙。

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.

研究动机与目标

• 确定仅由恒星脉动引发的尘埃驱动风是否足以解释碳富集AGB星V Oph中观测到的扩展分子层与尘埃层。
• 探究是否需要额外机制（如阿尔芬波）来解释观测到的大气动力学与时间变异性。
• 通过将V Oph的脉动周期与光度与周期-光度序列进行比较，重新评估其分类。
• 利用干涉与测光数据约束V Oph光球层与尘埃壳的物理参数。

提出的方法

• 利用DARWIN自洽动态大气模型网格对碳富集恒星进行建模，处理VLTI/MIDI N波段干涉数据（8–13 µm）在三个脉动相位（φ = 0.18, 0.49, 0.65）下的观测结果。
• 将观测到的可见度、光谱与测光数据拟合至动态模型，以推导基本恒星参数与大气结构。
• 计算扰动的特征传播速度，并推导阿尔芬波速度与磁感应强度的上限。
• 将V Oph的周期与光度与Wood（2015）的周期-光度序列进行比较，以评估其脉动模式并判断潜在的重新分类。
• 使用WJK指数（一种去消光的光度指示量）估算恒星质量，并与演化轨迹进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 仅由恒星脉动触发的尘埃驱动风是否足以解释V Oph中观测到的扩展分子层与尘埃层？
• RQ2 阿尔芬波在驱动V Oph大气变异性与质量流失中起何作用？
• RQ3 外层大气中观测到的时间变异性是由于密度与温度变化所致，还是由磁流体动力学过程驱动？
• RQ4 V Oph的脉动周期与光度是否与基频脉动或第一倍频脉动序列一致？
• RQ5 基于其脉动行为与干涉观测特征，V Oph是否应重新分类为半规则变星而非米拉变星？

主要发现

• V Oph的有效温度确定为2600 K，其总光度为3585 L⊙，质量为1.5 M⊙。
• 恒星质量损失率估计为2.50 × 10⁻⁶ M⊙/yr，碳氧比为1.35。
• 光球层半径随脉动相位变化：在相位0.18、0.49与0.65时分别为479 R⊙、494 R⊙与448 R⊙。
• 尘埃半径更大，达853 R⊙（相位0.49），表明大气存在显著扩展。
• 推断的磁感应强度约为7.6 G，与AGB恒星的文献值一致，同时获得了阿尔芬波速度的上限。
• V Oph可能以第一倍频脉动模式而非基频模式脉动，支持其重新分类为半规则变星。