磁化通道线驱动恒星风动力学模拟：III. 角动量损失与自转减慢

我们研究了具有线驱动恒星风和自转对齐偶极磁场的磁性热星的角动量损失及相关的自转减慢。这里的分析基于我们之前的二维数值MHD模拟研究，该研究考察了风、磁场和自转之间的相互作用，其函数依赖于两个无量纲参数：一个表征风磁约束（$\eta_{\ast} \equiv B_{eq}^{2} R_{\ast}^{2}/{\dot M} v_{\infty}$），另一个是恒星自转速度与临界（轨道）速度之比（$W \equiv V_{rot}/V_{orb}$）。我们将这种热星风偶极模型的二维、时变角动量损失与Weber和Davis（WD）经典的二维稳态分析进行了比较和对比，后者使用理想化的单极场来模拟太阳风中的角动量损失。尽管存在差异，我们发现总角动量损失${\dot J}$（对立体角和时间取平均）紧密遵循一般的WD标度关系${\dot J} = (2/3) {\dot M} \Omega R_{A}^{2}$，其中${\dot M}$是质量损失率，$\Omega$是恒星角速度，$R_{A}$是特征阿尔文半径。然而，这里的一个关键区别在于，对于偶极场，该阿尔文半径具有强场标度$R_{A}/R_{\ast} \approx \eta_{\ast}^{1/4}$，而不是单极场情况下的标度$R_{A}/R_{\ast} \sim \sqrt{\eta_{\ast}}$。这导致恒星自转减慢时间变慢，在偶极情况下标度为$\tau_{spin} = \tau_{mass} 1.5k/\sqrt{\eta_{\ast}}$，其中$\tau_{mass} \equiv M/{\dot M}$是特征质量损失时间，$k$是恒星转动惯量的无量纲因子。我们引用的完整数值标度关系给出了几个已知磁性大质量星的典型自转减慢时间约为1 Myr。