[论文解读] The gamma Velorum binary system. II. WR stellar parameters and the photon loss mechanism

Orsola De Marco, W. Schmütz+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 4

一句话总结

本文使用非局部热动平衡、含凝聚区、线致遮蔽的模型（cmfgen）重新修订了γ Velorum双星系统中WC8型沃尔夫-拉叶星WR11的恒星参数，发现其有效温度更高（57 kK），光度更高（log(L/L⊙) = 5.00），质量损失率更低（log(Ṁ/M⊙/yr) = –5.0），与以往研究结果不同。其主要贡献在于证明了线-线相互作用（尤其是He ii Lyα与附近金属线之间）显著降低了风的电离度，表明在准确确定风结构和恒星参数时，必须在模型中包含光子损失机制。

ABSTRACT

In this paper we derive stellar parameters for the Wolf-Rayet star in the gamma Velorum binary system (WR11), from a detailed non-LTE model of its optical and infrared spectra. Compared to the study of Schaerer et al., the parameters of the WC8 star are revised to a hotter effective temperature (Teff~57kK),a higher luminosity (log(L/Lsun = 5.00), and a lower mass loss rate (log(Mdot / Msun/yr) = -5.0 - using a 10% clumping filling factor). These changes lead to a significant decrease in wind efficiency number, from 144 to 7, so that the driving mechanism of the wind of this WR star may be simply radiation pressure on lines. The derived spectroscopic luminosity is found to be 40% lower than that derived by De Marco & Schmutz through the mass-luminosity relationship for WR stars (log(L/Lsun = 5.2). The paper furthermore presents a comparison of the independently-developed modelling programs, CMFGEN and ISA-Wind . Overall, there seems to be very reasonable agreement between the derived parameters for WR11, except for the carbon content, which is 2 times higher for CMFGEN (C/He=0.15 vs. 0.06, by number).The comparison also confirms a disparity in the predicted flux at lambda

研究动机与目标

• 使用详细的非局部热动平衡建模方法，确定γ Velorum双星系统中WC8型沃尔夫-拉叶星WR11的准确恒星参数（T_eff, L, Ṁ）。
• 检验Schmutz（1997）提出的光子损失机制的有效性，即强共振线与较弱金属线之间的线-线相互作用可降低有效电离度。
• 比较cmfgen与isa-wind建模代码的结果，评估一致性并识别差异，尤其关注极端紫外波段的通量和金属丰度。
• 评估线致遮蔽（特别是He ii λ303.78等关键共振线附近）对风电离度和推导出的恒星参数的影响。
• 评估宏观湍流和线簇聚集在决定沃尔夫-拉叶星大气中光子损失效应强度方面的重要性。

提出的方法

• 采用非局部热动平衡恒星大气代码cmfgen，对WR11的光学与红外谱进行建模，包含凝聚区（10%填充因子）和广泛的线致遮蔽。
• 利用Schmutz等人（1997）提供的流体动力学风方程和轨道参数，推导出O型星的质量，并推断出WR星的质量为9.0 ± 1.0 M⊙。
• 在cmfgen中应用Schmutz（1997）的光子损失近似，评估He ii Lyα与金属线（如O iii、C iii）之间的线-线相互作用对电离结构的影响。
• 将cmfgen的结果与独立开发的isa-wind代码进行比较，使用相同的输入参数，并通过蒙特卡洛方法实现线致遮蔽。
• 通过改变303 Å附近湍流速度（50 vs. 5 km s⁻¹）量化其对线-线相互作用与连续谱遮蔽效应的分离作用。
• 评估cmfgen模型中缺失谱线对光子损失机制的影响，承认其在完整性方面可能存在局限性。

实验结果

研究问题

• RQ1 与以往研究相比，采用修订后的非局部热动平衡、含凝聚区、线致遮蔽模型后，WC8型星WR11的推导恒星参数（T_eff, L, Ṁ）有何变化？
• RQ2 He ii Lyα与附近金属线（如O iii、C iii）之间的线-线相互作用在多大程度上降低了风的电离度？这对推导出的有效温度和光度有何影响？
• RQ3 cmfgen与isa-wind建模代码的结果在极端紫外波段（λ < 400 Å）的比较结果如何？导致通量硬度差异的原因是什么？
• RQ4 在模型中包含或排除光子损失机制对推导出的风电离结构和恒星参数有何定量影响？
• RQ5 宏观湍流和谱线列表的完整性如何影响WR星模型中光子损失效应的强度？

主要发现

• 由于对线致遮蔽和线-线相互作用的改进处理，WR11的有效温度被修订为57 kK，显著高于以往估计值。
• 得到的总光度为log(L/L⊙) = 5.00，比通过质量-光度关系推导出的值（log(L/L⊙) = 5.2）低0.2 dex，表明间接光度估计存在差异。
• 质量损失率被修订为log(Ṁ/M⊙/yr) = –5.0，导致风效率从144大幅降低至7，表明仅靠线辐射压即可驱动风。
• 光子损失机制——即He ii Lyα与金属线之间的线-线相互作用降低了有效电离度——被证实可使风电离度降低约10,000 K，相当于光度增加20%。
• cmfgen与isa-wind代码整体结果一致，但在碳丰度（C/He = 0.15 vs. 0.06，按原子数计）和极端紫外通量方面存在差异，其中isa-wind预测了更硬的光谱。
• 本研究证明，即使在强共振线（如He ii λ303.78）附近的弱线也对准确电离结构至关重要，而平均遮蔽因子可能遗漏关键物理效应。