[论文解读] Multicomponent radiatively driven stellar winds II. Gayley-Owocki heating in multitemperature winds of OB stars

Jiřı́ Krtička, J. Kubát|ArXiv.org|Aug 6, 2001

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 37被引用 26

一句话总结

本文研究了OB星中多温度、多组分的辐射驱动风，重点探讨Gayley-Owocki（多普勒）加热作为离子温度分化的关键机制。通过直接从玻尔兹曼方程中的速度依赖辐射力推导加热项，研究显示，在B星（比B2型更冷）中，吸收离子可被加热至比其他组分高约10³ K，若被动物质重新吸积，则可能产生X射线辐射。模型预测的终端速度与观测结果一致，未出现以往‘烹饪公式’带来的系统性偏差。

ABSTRACT

We show that the so-called Gayley-Owocki (Doppler) heating is important for the temperature structure of the wind of main sequence stars cooler than the spectral type O6. The formula for Gayley-Owocki heating is derived directly from the Boltzmann equation as a direct consequence of the dependence of the driving force on the velocity gradient. Since Gayley-Owocki heating deposits heat directly to the absorbing ions, we also investigated the possibility that individual components of the radiatively driven stellar wind have different temperatures. This effect is negligible in the wind of O stars, whereas a significant temperature difference takes place in the winds of main sequence B stars for stars cooler than B2. Typical temperature difference between absorbing ions and other flow components for such stars is of the order 10^3 K. However, in the case when passive component falls back onto the star the absorbing component reaches temperatures of order 10^6 K, which allows for emission of X-rays. Moreover, we compare our computed terminal velocities with the observed ones. We found quite good agreement between predicted and observed terminal velocities. The systematic difference coming from the using of the so called "cooking formula" has been removed.

研究动机与目标

• 评估Gayley-Owocki加热在辐射驱动风中OB星组分间温度差异形成中的作用。
• 确定在低密度风中，所有风组分间热平衡假设是否成立。
• 通过消除以往模型中与‘烹饪公式’相关的系统性偏差，改进终端速度预测。
• 研究被动组分重新吸积时，吸收离子加热至约10⁶ K的条件，从而实现X射线辐射。

提出的方法

• 直接从玻尔兹曼方程中的速度依赖辐射力推导Gayley-Owocki加热项，考虑线吸收中的多普勒频移影响。
• 构建了非等温、三组分模型（吸收离子、被动电浆、电子），各组分具有独立温度。
• 采用近似但一致的电离平衡计算方法，确定氧化态和辐射力。
• 应用数值积分技术（埃尔米特、勒让德、辛普森）计算GO加热积分，误差小于1%。
• 将模型预测的终端速度与文献中的观测值进行比较，以验证模型。
• 评估摩擦加热与辐射加热在GO加热作用下对热结构和风动力学的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 Gayley-Owocki加热是否显著改变OB星多组分风的热结构？
• RQ2 在B星中，特别是比B2型更冷的B星，吸收离子与被动电浆之间的温度差异在多大程度上形成？
• RQ3 被动风组分重新吸积是否可导致吸收离子加热至X射线发射温度（约10⁶ K）？
• RQ4 在玻尔兹曼方程中引入速度依赖辐射力，与观测数据相比，对终端速度预测有何影响？
• RQ5 此前模型中因‘烹饪公式’导致的观测与预测终端速度之间的系统性偏差，是否在本模型中得到解决？

主要发现

• Gayley-Owocki加热是辐射力速度依赖性的直接结果，其推导基于玻尔兹曼方程，无需假设力与速度无关。
• 在比B2型更冷的B星中，吸收离子与其他组分之间出现约10³ K的温度差异，主要由GO加热和摩擦加热引起。
• 在被动组分重新吸积的情况下，吸收离子被加热至约10⁶ K的温度，形成类似日冕的区域，具备X射线辐射能力。
• 本模型成功消除了以往使用‘烹饪公式’时在终端速度上发现的系统性偏差，预测值与观测值高度一致。
• 在O星中，摩擦加热与GO加热可忽略不计，但在较冷的B星中变得显著，有助于产生紫外过量和X射线活动。
• 通过优化的积分规则和子区间积分方法，GO加热积分的数值处理误差小于1%。