[论文解读] Dust formation in winds of long-period variables. V. The influence of micro-physical dust properties in carbon stars

Anja C. Andersen, S. Höfner+1 more|ArXiv.org|Oct 13, 2002

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 30被引用 20

一句话总结

本研究针对碳富集的渐近巨星支（AGB）星中的尘埃驱动星风，提出了自洽的、频率依赖的辐射流体动力学模型，明确探讨了微观尘埃特性（如消光截面、本征密度、粘附系数和表面张力）对质量流失率、喷流速度和尘埃凝结的影响。主要发现是，这些参数的变化可使质量流失率最高变化四倍，喷流速度最高变化十倍，凸显了理论预测AGB星质量流失时存在的关键不确定性。

ABSTRACT

We present self-consistent dynamical models for dust-driven winds of carbon-rich AGB stars. The models are based on the coupled system of frequency-dependent radiation hydrodynamics and time-dependent dust formation. We investigate in detail how the wind properties of the models are influenced by the micro-physical properties of the dust grains that are required by the description of grain formation. The choice of dust parameters is significant for the derived outflow velocity, the degree of condensation and the resulting mass loss rates of the models. In the transition region between models with and without mass loss the choice ofmicro-physical parameters turns out to be very significant for whether a particular set of stellar parameters will give rise to a dust-driven mass loss or not. We also calculate near-infrared colors to test how the dust parameters influence the observable properties of the models, however, at this point we do not attempt to fit particular stars.

研究动机与目标

• 研究微观尘埃参数对碳富集AGB星尘埃驱动星风特性的影响。
• 评估尘埃消光截面、密度、粘附系数和表面张力的不确定性对预测质量流失率和喷流速度的影响。
• 评估这些参数对合成近红外颜色和可观测星风特性的影响。
• 确定在给定恒星参数下，是否因尘埃特性的选择而产生尘埃驱动的质量流失。

提出的方法

• 本研究采用自洽的、球对称的辐射流体动力学模型，并耦合了时变的尘埃形成过程。
• 基于SCAN数据库提供的51波长消光截面采样数据，对气体和尘埃均采用频率依赖的辐射转移方法。
• 模型求解气体、尘埃和辐射的非线性偏微分方程组，包含动量和能量守恒。
• 通过由粘附系数和表面张力控制的成核与吸附过程，模拟尘埃的形成与增长。
• 采用自适应网格和隐式数值方法以应对计算复杂性。
• 计算合成近红外颜色，以将模型输出与观测趋势进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 尘埃消光截面和消光效率的变化如何影响碳富集AGB星的预测质量流失率？
• RQ2 尘埃颗粒的本征密度和表面张力在多大程度上影响尘埃形成效率和星风加速效率？
• RQ3 粘附系数的变化如何影响尘埃颗粒的生长速率及由此产生的星风特性？
• RQ4 波长依赖的辐射压力在决定喷流速度和尘埃凝结程度方面起什么作用？
• RQ5 模型预测的近红外颜色与具有相似质量流失率和速度的恒星的观测颜色相比如何？

主要发现

• 改变微观尘埃参数可使预测的质量流失率变化达四倍，喷流速度变化达十倍。
• 尘埃消光截面，尤其是约1 μm波长附近的值，在不同非晶态碳类型之间可相差近一个数量级，显著影响辐射压力。
• 尘埃本征密度必须与消光效率保持一致，以确保模型的物理自洽性。
• 粘附系数和表面张力强烈影响成核与颗粒生长速率，中等程度的变化即可显著改变星风特性。
• 有无质量流失的模型过渡区域对尘埃参数选择极为敏感，直接决定是否发生质量流失。
• 模型的合成近红外颜色与具有相似质量流失率和速度的观测恒星相近，尽管模型的颜色变化幅度小于观测到的时间变化幅度。