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Mass loss from AGB stars - from VLT to Herschel and back
Daniela Klotz
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Betreuer*innen
Franz Kerschbaum ,
Josef Hron
DOI
10.25365/thesis.30064
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29682.47734.406355-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Woher kommen die Elemente aus denen unsere Körper, das Wasser und ganze Planeten bestehen? Eine Antwort auf diese Frage liefert die Astrophysik, welche sich mit den physikalischen Prozessen im Universum beschäftigt. Beim Prozess der stellaren Nukleosynthese werden leichte Elemente wie Wasserstoff oder Helium zu schweren Elementen wie Kohlenstoff oder Stickstoff verschmolzen. Diese schweren Elemente werden in Form eines stellaren Windes von der Sternoberfläche ins Interstellare Medium transportiert und tragen somit zur chemischen Anreicherung des Universums signifikant bei. Aktuell wird vermutet, dass ein Großteil des auf der Erde vorhandenen Kohlenstoffs und Stickstoffs durch diesen Mechanismus entstanden ist. Diese Elemente gelten als Bausteine für die Bildung von weiteren Sternen, Planeten und sogar Leben und spielen somit eine Schlüsselrolle im kosmischen Materiekreislauf.
In der letzten Phase ihres Lebens sind sonnenähnliche Sterne mehrere Milliarden Jahre alt. Abhängig von ihrer Masse werden sie entweder als Supernova explodieren oder den Großteil ihrer Masse in Form eines stellaren Windes an ihre Umgebung verlieren. Dies führt zu filamentartigen Planetarischen Nebeln und garantiert die chemische Anreicherung des Universums.
Massenverlust ist ein bis heute unzureichend verstandener Prozess in der Sternentwicklung. Deshalb ist es das Ziel dieser Dissertation unser Wissen über die Geometrie und zeitliche Entwicklung des Massenverlustes zu verbessern. Zu diesem Zweck werden AGB Sterne verschiedenen Spektraltyps, unterschiedlicher Variabilitätsklasse und Massenverlustrate mit dem Infrarot-Interferometer der Europäischen Südsternwarte (ESO) untersucht.
Im ersten Teil dieser Dissertation wird das Fitting-Programm GEM-FIND vorgestellt, welches geometrische Modelle an beobachtete Interferometriedaten anpasst. Dieses Programm liefert wertvolle Hinweise auf die Geometrie von zirkumstellaren Hüllen und wird in dieser Dissertation verwendet um die vorhandenen Beobachtungen zu interpretieren.
Der zweite Teil beschäftigt sich mit dem Entstehungsprozess von zwei-Komponenten CO-Linienprofilen. Hochaufgeöste Beobachtungen im Infraroten ermöglichen eine Erforschung des inneren Bereichs der Sternumgebung und liefern somit wichtige Hinweise auf den Entstehungsmechanismus dieser Linienprofile. In dieser Dissertation werden solche hochaufgelösten Beobachtungen für zwei Sterne präsentiert (EP Aqr und SV Psc).
Im dritten Teil wird die Geometrie von zwei kohlenstoffreichen Sternen untersucht. Einer dieser Sterne (R For) hat in der Vergangenheit eine Verdunkelung seiner Helligkeit erfahren. Eine mögliche Erklärung für diese Verdunkelung ist der Ausstoß von Staubwolken. Verschiedene geometrische Modelle für die interferometrischen Beobachtungen werden in dieser Dissertation präsentiert und diskutiert. Für den zweiten Stern (TX Psc) werden stellare Parameter bestimmt indem hydrostatische Modelle mit interferometrischen und spektroskopischen Beobachtungen verglichen werden.
Der letzte Teil stellt das ESO Beobachtungsprogramm `A joint venture in the red' vor. Das Ziel dieses Beobachtungsprogramms ist die geometrische Untersuchung von 15 AGB Sternen verschiedener chemischer Zusammensetzung und Variabilitätsklasse in unterschiedlichen Schichten der Sternhülle. Dafür werden Beobachtungen verschiedener Instrumente verwendet: MIDI (mittleres Infrarot, 3-25Rstern), VISIR (mittleres Infrarot, 25-2500Rstern) und Herschel (fernes Infrarot, >2500Rstern). In dieser Dissertation werden die interferometrischen Beobachtungen der sauerstoffreichen Sterne genauer unter die Lupe genommen.
Abstract
(Englisch)
This thesis is devoted to the study of Asymptotic Giant Branch (AGB) stars using interferometric techniques in the mid-infrared.
The AGB is the late phase of stellar evolution of low- and intermediate-mass stars. The stars themselves are characterized by an `onion'-like structure, as they are made of multiple shells and layers. The inner part consists of a hot and dense, degenerate carbon-oxygen-core that is surrounded by a helium-shell and hydrogen-burning shell. The convective layer transports the newly produced heavier elements to the molecular and dust layer of the star, where the elements are further `processed'. In this region, a slow wind forms that transports the molecules and the dust further out. This wind is believed to be caused by radiative pressure on dust grains. The outer part of the star is characterized by a cool and diluted circumstellar environment and the interaction region with the surrounding interstellar medium.
Even though mass loss has been studied for over four decades with ground-based as well as space telescopes, many aspects of mass loss are poorly understood until now. The aim of this thesis is to further improve our knowledge of the geometry and temporal evolution of the mass loss process. AGB stars of different spectral type, variability type and mass loss rate are investigated with the mid-infrared interferometer (MIDI) of the European Southern Observatory (ESO) to achieve this goal.
In the first part of this thesis the geometric model-fitting tool GEM-FIND is introduced. It provides valuable clues on the geometry of the circumstellar envelopes and is used throughout the thesis to interpret the interferometric observations.
The second part deals with the origin of two-component mm-CO line profiles that are observed in a number of AGB stars. The origin of these composite profiles is still puzzling. High-angular-resolution observations in the mid-infrared provide the possibility to study the morphology of the close circumstellar environment, hence providing constraints on the mechanism responsible for such a line profile. Such high-angular-resolution observations are presented in this thesis for two stars exhibiting these extreme CO line shapes (EP Aqr and SV Psc). We conclude that for both stars a disk in Keplerian rotation is probably causing this shape.
The third part concentrates on the geometry of two carbon-rich AGB stars. One of them (R For) is known to show a dimming in its lightcurve that may be caused by the ejection of dust clouds in plumes with a preferential or random direction. The geometric modeling of the interferometric visibilities and differential phases is presented in this thesis. The other star (TX Psc) turns out to be spherically symmetric in the layers probed by our observations. A stellar parameter determination is presented by comparing hydrostatic models to interferometry and spectroscopy. Additionally, a conversion factor between mid-infrared angular diameter and Rosseland diameter for hydrostatic, carbon-rich AGB stars is determined.
In the last part, the contribution to the ESO large observing program `A joint venture in the red' is presented. The goal of this program is to study the geometry of AGB stars of different chemistry and variability type at different layers by combining observations of MIDI (mid-infrared, 3-25Rstar), VISIR (mid-infrared, 25-2500Rstar) and Herschel (far-infrared, >2500Rstar). In this thesis the MIDI interferometric observations of the oxygen-rich sample are analyzed.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
AGB stars Interferometry Stellar environments Mid-infrared Spectral analysis
Schlagwörter
(Deutsch)
AGB Sterne Interferometrie Sternumgebungen Mittleres Infrarot Spektralanalyse
Autor*innen
Daniela Klotz
Haupttitel (Englisch)
Mass loss from AGB stars - from VLT to Herschel and back
Paralleltitel (Deutsch)
Massenverlust von AGB Sternen - von VLT zu Herschel und zurück
Paralleltitel (Englisch)
Mass loss from AGB stars - from VLT to Herschel and back
Publikationsjahr
2013
Umfangsangabe
XVI, 198 S.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Alain Jorissen ,
Olivier Chesneau
AC Nummer
AC11104809
Utheses ID
26805
Studienkennzahl
UA | 791 | 413 | |