[論文レビュー] Abundance anomalies in pre-main-sequence stars: Stellar evolution models with mass loss

M. Vick, G. Michaud+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 8, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 34被引用数 20

ひとこと要約

本稿は、原始系列AおよびF型星における原子拡散と弱い質量損失が、HAeBe星や若いAp/Bp星に観測される表面組成の異常を再現できることを示している。モデルでは、表面近くでの化学的分離が数百万年以内に検出可能な異常を生じることを示しており、こうした効果に乱流が不可欠でないことを示唆するとともに、質量損失は異常振幅を調整するが、その発生に不可欠ではないことを示している。

ABSTRACT

The effects of atomic diffusion on internal and surface abundances of A and F pre-main-sequence stars with mass loss are studied in order to determine at what age the effects materialize, as well as to further understand the processes at play in HAeBe and young ApBp stars. Self-consistent stellar evolution models of 1.5 to 2.8Msun with atomic diffusion (including radiative accelerations) for all species within the OPAL opacity database were computed and compared to observations of HAeBe stars. Atomic diffusion in the presence of weak mass loss can explain the observed abundance anomalies of pre-main-sequence stars, as well as the presence of binary systems with metal rich primaries and chemically normal secondaries such as V380 Ori and HD72106. This is in contrast to turbulence models which do not allow for abundance anomalies to develop on the pre-main-sequence. The age at which anomalies can appear depends on stellar mass. For A and F stars, the effects of atomic diffusion can modify both the internal and surface abundances before the onset of the MS. The appearance of important surface abundance anomalies on the pre-main-sequence does not require mass loss, though the mass loss rate affects their amplitude. Observational tests are suggested to decipher the effects of mass loss from those of turbulent mixing. If abundance anomalies are confirmed in pre-main-sequence stars they would severely limit the role of turbulence in these stars.

研究の動機と目的

• 原始系列（PMS）星における観測された組成異常を、原子拡散と質量損失が説明可能かどうかを調査すること。
• PMS進化の過程で表面組成異常が初めて現れる時間スケールを特定すること。
• 放射層における原子拡散と競合する主要因として、質量損失または乱流のどちらが支配的であるかを検証すること。
• V380 Ori や HD72106 のような連星系における化学的分離の役割を評価すること。ここでは主星が金属過剰で、副星は通常の組成である。
• 星の進化モデルおよび大気校正への影響を評価すること。特に、若い星における観測された磁場および降着の文脈で検討する。

提案手法

• OPAL透過率データベースに含まれる全スピン種の放射加速度を含めた、1.5～2.8 M☉ のA型およびF型星の星の進化モデルを計算した。
• 原始系列段階における弱く連続的な質量損失を模倣するため、質量損失率を 5×10⁻¹⁴ から 10⁻¹³ M☉ yr⁻¹ の範囲で組み込んだ。
• 原始系列段階から主系列に至るまでモデルを進化させ、時間経過に伴う表面および内部組成の変化を追跡した。
• HAeBe星やV380 Ori や HD72106 のような連星系における観測された表面組成とモデルを比較した。
• 特に log ΔM/M* ≈ -5 から -6 の深さ付近で化学的分離を分析し、表面異常発達におけるその役割を評価した。
• 磁場、降着、回転の影響は二次的要因として検討したが、複雑さとパラメータの不確実性のため、完全にはモデル化しなかった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 原子拡散と質量損失を伴う原始系列AおよびF型星では、組成異常はどの年齢に初めて現れるか？
• RQ2 強い乱流を必要としない弱い質量損失が、HAeBe星や若いAp/Bp星に観測された表面組成異常を説明できるか？
• RQ3 V380 Ori や HD72106 のような連星系で、主星が金属過剰で副星が化学的に正常であるのはなぜか？これは拡散と質量損失によって説明可能か？
• RQ4 原子拡散、質量損失、対流の相乗作用が、表面組成異常発現の時間スケールと振幅にどのように影響するか？
• RQ5 PMS星の観測された組成パターンは、強い乱流混合のような特異なプロセスを仮定しなくても、原子拡散モデルと整合するか？

主な発見

• 弱い質量損失を伴う原子拡散は、HAeBe星や若いAp/Bp星に観測された組成異常を再現可能である。
• 組成異常は原始系列段階で数百万年以内に現れ、その発生年齢は星の質量に依存する。2.8 M☉ の星では、3～5 Myr で検出可能になる。
• V380 Ori や HD72106 のような連星系で金属過剰の主星と化学的に正常な副星が観測される現象は、原子拡散と質量損失が主因であると整合的であり、乱流とは一致しない。
• 質量損失は表面組成異常の振幅を調整するが、その発生に不可欠ではない。たとえ拡散のみでも、原始系列段階で異常を生じうる。
• 観測されたPMS星の組成パターンは、乱流モデルでは再現できない。特に原始系列段階で異常を生じさせないため、こうした星における乱流の役割に疑問を呈する。
• 質量損失と乱流混合の効果を区別するための観測的テストを提案する。主なツールとして、星震学と高精度な元素組成測定を挙げている。