臺灣博碩士論文加值系統

本論文利用流體力學的二維模擬以研究前行星狀星雲(pre-planetary nebula) IRAS 07134+1005中超級恆星風(superwind)之質量流失和熱演化過程。此一超級恆星風是由漸近巨星分支(asymptotic giant branch, AGB)階段晚期之恆星的輻射壓，施予塵埃向外的推力並拖曳週遭氣體而形成的大質量流失恆星風。為了跟現今觀測到的超級恆星風的速度(~9 km/s)和質量流失率(3e-5 solar mass per year)作比較，在模擬中，我們假設恆星過去的表面溫度和光度必須低於現今觀測到的數值，而這假設和數值也可由過去恆星演化的理論模型推估而出。在研究超級恆星風的熱力學方程式裡，我們還加入了遠紫外線光電子加熱(far-UV photoelectric heating)、氣體-塵埃碰撞加熱(gas-dust collisional heating)和一氧化碳分子轉動冷卻(CO rotational cooling)機制。由本研究可得知，超級恆星風的熱演化可以分成兩個階段：第一階段是在漸近巨星分支階段的晚期，恆星噴出超級恆星風並形成一個由氣體和塵埃組成的環狀包層。此時，塵埃的消光效應太強，恆星表面輻射出的高頻率遠紫外光仍無法進入包層內部用以加熱。由於一氧化碳冷卻加上膨脹冷卻的速率遠大於加熱速率，超級恆星風的溫度便隨著距離急速下降。第二階段是恆星演化到後漸近巨星分支(post-AGB)時期，其質量流失停止。超級恆星風包層開始脫離恆星並向外膨脹形成氣體殼層。因為膨脹的關係，氣體和塵埃的密度變小，造成消光效應減弱，使得遠紫外光可以進入超級恆星風的殼層內部並加熱氣體。光電子加熱變得有效率，氣體溫度也開始上升。最後，超級恆星風的氣體溫度約為50-90 K，符合IRAS 07134+1005的觀測數據。

Abstract i
1 Introduction 1
1.1 Stellar Evolution of Sun-like Stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Motivations and Goals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Introduction of IRAS 07134+1005 (HD 56126) . . . . . . . . . . . . . 5
2 Numerical Methods and Physical Settings 8
2.1 Equations of Hydrodynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 Dynamics of Stellar Winds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3 Effective Temperature & Stellar Radius of the Post-AGB Star . . . . 12
3 Gas Heating and Cooling Mechanisms 17
3.1 Photoelectric Emission from Dust Grains . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2 Gas-Dust Collisional Heating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.3 CO Rotational Cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4 Simulation Results and Comparisons 28
4.1 Model 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.2 Model 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.3 Model 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5 Discussion 41
5.1 Evolution of Post-AGB Stars and Dynamics of Superwinds . . . . . . 41
5.2 Thermal Evolution of Superwinds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.3 Comparison Between Simulations and Observations of IRAS 07134+1005 43
6 Summary and Conclusions 44
7 Future Works 46
Bibliography 47

[1] Bakes, E. L. & Tielens, A. G. G. M. 1994, ApJ, 427, 822.
[2] Blocker, T. 1995, A&A, 299, 755.
[3] Blocker, T. 1999, in AGB stars, ed. T. Le Bertre, A. Lebre, & C. Waelkens
(ASP), IAU Symp., 191, 21
[4] de Jong, T., Chu, S.-I., & Dalgarno, A. 1975, ApJ, 199, 69.
[5] de Jong, T. 1977, A&A, 55, 137.
[6] de Jong, T. 1980, Highlights Astr., 5, 301.
[7] Fong, D., Justtanont, K., Meixner, M., & Campbell, M. T. 2002, A&A, 396,
581.
[8] Gilman, R. C. 1972, ApJ, 178, 423.
[9] Habing, H. J. 1968, Bull. Astr. Inst. Netherlands, 19, 421.
[10] Hollenbach, D. & McKee, C. F. 1979, ApJ, 41, 555.
[11] Jura, M. 1976, ApJ, 204, 12.
[12] Jura, M., Kahane, C., & Omont, A. 1988, A&A, 201, 80.
[13] Jura, M., Chen, C., & Werner, M. W. 2000, ApJ, 544, L141.
[14] Justtanont, K., Skinner, C. J., & Tielens, A. G. G. M. 1994, ApJ, 435, 852.
[15] Justtanont, K., Skinner, C. J., Tielens, A. G. G. M., et al. 1996, ApJ, 456, 337.
[16] Kwan, J. & Hill, F. 1977, ApJ, 215, 781.
[17] Kwan, J. & Linke, R. A. 1982, ApJ, 254, 587.
[18] Kwok, S. 1975, ApJ, 198, 583.
[19] Kwok, S., Bell, M. B., & Feldman P. A. 1981, ApJ, 247, 125.
[20] Maercker, M., Olofsson, H., Eriksson, K., et al. 2010, A&A, 511, A37.
[21] Mathis, J. S., Rumpl, W., & Nordsieck, K. H. 1977, ApJ, 217, 425.
[22] McKee, C. F., Storey, J. W., & Watson, D. M. 1982, ApJ, 259, 647.
[23] Meixner, M., Zalucha, A., Ueta, T., et al. 2004, ApJ, 614, 371.
[24] Paczynski, B. 1971, Acta Astron., 21, 417.
[25] Sahai, R. 1987, ApJ, 318, 809.
[26] Sch‥oier, F. L. & Olofsson, H. 2001, A&A, 368, 969.
[27] Sch‥oier, F. L., Ryde, N., & Olofsson, H. 2002, A&A, 391, 577.
[28] Sopka, R. J., Hildebrand, R., Jaffe, D. T., et al. 1985, ApJ, 294, 242.
[29] Speck, A. K., Corman, A. B., Wakeman, K., et al. 2009, ApJ, 691, 1202.
[30] Spitzer, L. 1968, Diffuse matter in space, Wiley Interscience, New York.
[31] Spitzer, L. 1978, Physical processes in the interstellar medium, J. Wiley: New
York.
[32] Stone, J. M. & Norman, M. L. 1992, ApJS, 80, 753.
[33] Suh, K.-W. 2000, MNRAS, 315, 740.
[34] Tielens, A. G. G. M. 1983, ApJ, 271, 702.
[35] Tielens, A. G. G. M. & Hollenbach D. 1985, ApJ, 291, 722.
[36] Ueta, T., Meixner, M., & Bobrowsky, M. 2000, ApJ, 528, 861.
[37] Ueta, T., Murakawa, K., & Meixner, M. 2005, AJ, 129, 1625.
[38] van Winckel, H. & Reyniers, M. 2000, A&A, 354, 135.
[39] Watson, W. D. 1972, ApJ, 176, 103.
[40] Yang, C.-H. & Lee, C.-F. 2011, ApJ, under revision.