[论文解读] Multicomponent radiatively driven stellar winds IV. On the helium decoupling in the wind of sigma Ori E

Jiřı́ Krtička, J. Kubát+1 more|ArXiv.org|Jul 18, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 16

一句话总结

本研究利用非局部热动平衡（NLTE）风模型，研究了Bp型恒星σ Ori E的多组分辐射驱动风中氦的解耦行为。研究发现，在真实条件下氦解耦的可能性极低，这是由于其与氢的强耦合；仅在不切实际的低氦电荷条件下才可能发生解耦。此外，由于与较重元素的碰撞，摩擦加热在风的外层区域变得显著。

ABSTRACT

We study the possibility of the helium decoupling in the stellar wind of sigma Ori E. To obtain reliable wind parameters for this star we first calculate an NLTE wind model and derive wind mass-loss rate and terminal velocity. Using corresponding force multipliers we study the possibility of helium decoupling. We find that helium decoupling is not possible for realistic values of helium charge (calculated from NLTE wind models). Helium decoupling seems only possible for a very low helium charge. The reason for this behaviour is the strong coupling between helium and hydrogen. We also find that frictional heating becomes important in the outer parts of the wind of sigma Ori E due to the collisions between some heavier elements and the passive components -- hydrogen and helium. For a metallicity ten times lower than the solar one both hydrogen and helium decouple from the metals and may fall back onto the stellar surface. However, this does not explain the observed chemical peculiarity since both these components decouple together from the absorbing ions. Although we do not include the effects of the magnetic field into our models, we argue that the presence of a magnetic field will likely not significantly modify the derived results because in such case model equations describe the motion parallel to the magnetic field.

研究动机与目标

• 确定氦解耦是否能解释Bp型恒星σ Ori E的化学异常特性。
• 利用非局部热动平衡（NLTE）计算，对σ Ori E的多组分辐射驱动风进行建模。
• 评估在风的外层区域，摩擦加热及组分间动量传递的作用。
• 评估风解耦机制作为解释热星中氦丰度异常的可行性。
• 研究金属丰度变化对组分解耦及氢、氦可能回落的影响。

提出的方法

• 为σ Ori E构建了非局部热动平衡（NLTE）风模型，以可靠地推导风的质量损失率和终端速度。
• 利用TLUSTY和Opacity Project提供的原子数据，计算了氢、氦及较重元素的力乘数。
• 应用多组分流体动力学方程，模拟组分间通过库仑碰撞的动量传递。
• 使用速度差方程评估氢、氦及较重离子之间的耦合强度，特别关注Δv_Hα和Δv_iH。
• 通过比较动量传递项并估算组分间的速度差，评估摩擦加热的重要性。
• 通过分析方程（19）中速度差比的符号与大小，评估解耦条件，尤其关注不同氦电荷下的情况。

实验结果

研究问题

• RQ1 在σ Ori E的辐射驱动风中，氦是否能与氢和较重元素解耦？
• RQ2 基于NLTE建模，σ Ori E的真实风参数（质量损失率、终端速度）是什么？
• RQ3 H-He耦合强度如何影响氦解耦的可能性？
• RQ4 摩擦加热在多大程度上影响σ Ori E外层风的动力学？
• RQ5 在何种金属丰度条件下，氢和氦可能共同解耦并可能回落至恒星表面？

主要发现

• NLTE风模型得到的质量损失率和终端速度与σ Ori E的观测约束一致。
• 对于真实氦电荷，氦解耦不可行；仅在不切实际的低氦电荷下才可能实现。
• 氢与氦之间的强耦合阻止了有效解耦，因为速度差Δv_Hα与Δv_iH相比极小。
• 由于较重元素与被动组分（H和He）的碰撞，摩擦加热在外层风中变得显著，尤其在低金属丰度下。
• 当金属丰度为太阳的十分之一时，氢和氦均会与金属组分解耦并可能回落，但这无法解释观测到的化学异常，因为两者共同解耦。
• 磁场效应不太可能显著改变结果，因为模型方程在磁力线方向仍成立，且分析中未发现强磁场影响。