[论文解读] Origin of the rotation rates of single white dwarfs

H. C. Spruit|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 1998

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文提出，单个白矮星的自转并非源自其主序星前身星，而是源于渐近巨支（AGB）阶段质量损失过程中由弱非轴对称不稳定性驱动的角动量转移。模拟结果表明，质量损失中约10⁻³量级的小幅随机非轴对称性可产生约一天周期的白矮星自转，与观测结果一致。

ABSTRACT

I argue that the rotation of white dwarfs is not a remnant of the angular momentum of their main sequence progenitors but a result of the mass loss process on the AGB. Weak magnetic fields, if present in stellar interiors, are likely to maintain approximately uniform rotation in stars, both on the main sequence and on the giant branches. The nearly uniform rotation of the core of the Sun is evidence for the existence of such fields. Exactly axisymmetric mass loss on the AGB from uniformly rotating stars would lead lead to white dwarfs with very long rotation periods ($>$ 10 yr). Small random non-axisymmetries ($\sim 10^{-3}$) in the mass loss process, on the other hand, add sufficient angular momentum to explain the observed rotation periods around one day. The process illustrated with a computation of the probability distribution of the rotation periods under the combined influence of random forcing by weak nonaxisymmetries and angular momentum loss in the AGB superwind. Such asymmetries can in principle be observed by proper motion studies of the clumps in interferometric images of SiO maser emission.

研究动机与目标

• 解决观测到的白矮星自转周期（约一天）与主序星角动量均匀分布理论预期之间的矛盾。
• 探究白矮星的角动量是否源自前身星，或在AGB阶段生成。
• 确定弱磁场与非轴对称质量损失在塑造白矮星自转速率中的作用。
• 在AGB超风随机非轴对称性的背景下，建立白矮星自转周期的概率分布模型。
• 将脉泽发射团块中的可观测特征与驱动自转的潜在非轴对称性联系起来。

提出的方法

• 将AGB质量损失过程建模为近乎轴对称星风与小幅度随机非轴对称扰动（约10⁻³振幅）的组合。
• 利用动力学模型计算在非轴对称条件下，恒星向喷射星风转移角动量的过程。
• 基于非轴对称性的随机特性，模拟由此产生的白矮星自转周期的概率分布。
• 引入弱内禀磁场的影响，以维持恒星内部近乎均匀的自转，该假设得到太阳核心自转的观测支持。
• 通过视向速度测量预测SiO脉泽发射团块中的可观测特征，以探测质量损失中的非轴对称性。
• 应用风中角动量守恒，推导白矮星残骸的最终自转周期。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何单个白矮星表现出约一天周期的自转，尽管其主序星前身星的角动量很低？
• RQ2 AGB阶段的非轴对称质量损失在多大程度上可解释白矮星观测到的自转速率？
• RQ3 AGB超风中需达到何种非轴对称程度，才能产生观测到的白矮星自转周期？
• RQ4 弱内禀磁场能否解释太阳等恒星中观测到的均匀核心自转？其对白矮星自转有何影响？
• RQ5 AGB质量损失过程中的非轴对称特征，是否可通过脉泽团块的自行测量进行观测？

主要发现

• AGB超风中振幅约10⁻³的非轴对称质量损失，可转移足够角动量，产生约一天周期的白矮星自转。
• 仅轴对称质量损失将导致白矮星自转周期超过10年，与观测结果不符。
• 白矮星自转周期的观测分布，可由质量损失过程中随机、小振幅的非轴对称性良好解释。
• 恒星内部的弱磁场很可能是维持恒星（包括太阳核心）近乎均匀自转的原因。
• 驱动白矮星自转的非轴对称性，在原则上可通过干涉图像中SiO脉泽发射团块的自行测量探测到。
• 该模型预测的自转周期概率分布与观测范围一致，支持白矮星自转起源于AGB质量损失的结论。