[论文解读] 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 46

一句话总结

本文通过包含非局部热动平衡（non-LTE）风模型中多重散射的蒙特卡洛模拟，提出了O型星和B型星的新理论质量损失率，解决了辐射驱动风理论与O型星观测之间长期存在的差异。结果与O型星的观测质量损失率和风动量高度一致，并预测在B1光谱型附近的双稳态跃迁处质量损失增加五倍，支持将风动量-光度关系（Wind Momentum-Luminosity Relation）用于遥远星系中明亮恒星的距离测量。

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.

研究动机与目标

• 为解决O型星理论辐射驱动风模型与观测质量损失率之间长期存在的差异，特别是‘动量问题’。
• 开发一种可靠且具有物理解释的质量损失公式，适用于O型星和B型星，考虑多重散射及B1光谱型附近的双稳态跃迁。
• 评估B型星观测质量损失率测定的可靠性，这些结果在不同方法间存在不一致。
• 为大质量恒星演化模型提供一个经过验证的理论框架。
• 支持将风动量-光度关系（WLR）作为遥远星系中明亮恒星距离指示器的应用。

提出的方法

• 采用蒙特卡洛模拟追踪非局部热动平衡风模型中的光子输运与动量沉积，明确考虑多重散射事件。
• 模拟使用非局部热动平衡统一风模型代码（isa-wind）来模拟具有扩展大气层的O型星和B型星的大气与风。
• 通过改变有效温度、光度、质量及化学成分等恒星参数，生成全面的风模型网格。
• 质量损失率通过光子在流出物质中传输过程中的能量损失计算得出的总动量沉积量推导。
• 针对两个温度区间（25,000 K以上与以下）通过多元线性回归推导出两个拟合公式。
• 模型通过观测质量损失率和风动量进行校准，特别针对O型超巨星。

实验结果

研究问题

• RQ1 在辐射驱动风模型中引入多重散射是否能解决O型星理论与观测质量损失率之间的差异？
• RQ2 在B1光谱型附近的双稳态跃迁如何影响质量损失率？理论能否准确预测该效应？
• RQ3 为何不同观测方法对B型星质量损失率的测定结果不一致？是否存在系统性误差？
• RQ4 理论风动量与观测值的一致程度如何？这是否支持将风动量-光度关系（WLR）用于距离测量？
• RQ5 新理论质量损失公式能否在大质量恒星演化模型中可靠使用？

主要发现

• 在蒙特卡洛模拟中引入多重散射，成功解决了O型星理论与观测之间长期存在的差异，预测值与观测值高度一致。
• O型星的理论风动量与观测值高度一致，支持将风动量-光度关系（WLR）作为遥远星系中明亮恒星距离指示器的应用。
• 在约25,000 K附近的双稳态跃迁处，预测质量损失率增加五倍，与终端速度降低两倍的观测结果一致。
• 不同方法对B型星质量损失率测定结果不一致，可能指向观测测定中的系统性误差，而非理论模型缺陷。
• 通过针对两个温度区间的多元线性回归推导出的新理论质量损失公式，具有可靠性，推荐用于大质量恒星演化计算。
• 该模型成功预测了双稳态跃迁的位置与幅度，为理论框架的物理解释有效性提供了有力支持。