[論文レビュー] Asteroseismology of ZZ Ceti stars with fully evolutionary white dwarf models: I. The impact of the uncertainties from prior evolution on the period spectrum

Francisco C. De Gerónimo, L. G. Althaus+3 more|Americanae (AECID Library)|Nov 30, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 47被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、白色矮星の前身星の進化における不確実性——特にAGB段階における熱的パulsation、ヘリウム燃焼のオーバーシュート、および12C(α,γ)16O反応速度——が、白色矮星の振動周期スペクトルに与える影響を調査する。ZAMSからZZ Ceti段階までの完全な進化モデルを用いて、これらの不確実性が最大で18秒の周期シフトを引き起こすことが判明した。特に低質量モデルや高径数モードに対して顕著であり、星の内部構造の推定に際して、前身星進化の不確実性を組み込む必要があることを示している。

ABSTRACT

ZZ Ceti stars are pulsating white dwarfs with a carbon-oxygen core build up during the core helium burning and thermally pulsing Asymptotic Giant Branch phases. Through the interpretation of their pulsation periods by means of asteroseismology, details about their origin and evolution can be inferred. The whole pulsation spectrum exhibited by ZZ Ceti stars strongly depends on the inner chemical structure. At present, there are several processes affecting the chemical profiles that are still not accurately determined. We present a study of the impact of the current uncertainties of the white dwarf formation and evolution on the expected pulsation properties of ZZ Ceti stars. Our analysis is based on a set of carbon-oxygen core white dwarf models with masses $0.548$ and $0.837 M_{\sun}$ derived from full evolutionary computations from the ZAMS to the ZZ Ceti domain. We have considered models in which we varied the number of thermal pulses, the amount of overshooting, and the $^{12}$C$(α,γ)^{16}$O reaction rate within their uncertainties. We explore the impact of these major uncertainties in prior evolution on the chemical structure and the expected pulsation spectrum. We find that these uncertainties yield significant changes in the $g$-mode pulsation periods. We conclude that the uncertainties in the white dwarf progenitor evolution should be be taken into account in detailed asterseismological analysis of these pulsating stars.

研究の動機と目的

• 白色矮星の前身星進化における不確実性が、ZZ Ceti星の振動周期スペクトルに与える影響を評価すること。
• AGB段階における熱的パulsation、ヘリウム燃焼のオーバーシュート、および12C(α,γ)16O反応速度の変動が、化学的構造と振動特性に与える影響を定量化すること。
• これらの不確実性が、観測による周期の不確実性や、星の内部構造解析における一般的な適合精度と比較して有意義かどうかを検証すること。
• これらの不確実性が、ZZ Ceti星の詳細な星の内部構造解析において考慮されるべきかどうかを評価すること。

提案手法

• ZAMSからZZ Ceti領域までの完全な白色矮星進化モデルを、完全な星の進化計算を用いて構築した。
• 主要な前身星進化パラメータを変化させた：AGB段階における熱的パulsationの回数、ヘリウム燃焼中のオーバーシュート量、12C(α,γ)16O反応速度をその不確実性範囲内で変化させた。
• 異なる進化歴を持つモデルの断熱的gモード振動周期を計算した。
• 入力パラメータが異なるモデル間の周期差を比較し、特に径数依存性に注目した。
• 化学的構造の変化、特にコアおよび遷移領域における周期スペクトルへの感受性を分析した。
• Anguloら（1999）およびKunzら（2002）が提示したNacre、KH、KLの反応速度値を用いて、反応速度の不確実性が与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AGB段階における熱的パulsationの不確実性は、ZZ Ceti星の振動周期スペクトルにどのように影響を与えるか？
• RQ2 ヘリウム燃焼におけるオーバーシュートは、gモード周期スペクトルにどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ3 12C(α,γ)16O反応速度の変動は、化学的構造とそれによる振動周期にどのような影響を与えるか？
• RQ4 得られる周期差は、観測不確実性や星の内部構造解析における一般的な適合精度と比較して有意義か？
• RQ5 これらの不確実性はすべての振動モードに均等に影響を与えるのか、それとも特定の径数モードにのみ感受性が高いのか？

主な発見

• AGB段階における熱的パulsationの発生が、最大の周期差を引き起こし、低質量モデル（0.548 M☉）では平均5–10秒のシフト、高質量モデル（0.837 M☉）では2–3秒のシフトを生じた。
• ヘリウム燃焼中のオーバーシュートは、ブレント＝ヴァイサーラの周波数に影響を与えるため、星の質量にかかわらず平均して2–4秒の絶対的周期差を引き起こした。
• 12C(α,γ)16O反応速度の変動により、低質量モデルでは最大11秒、高質量モデルの高径数モード（k > 23）では最大18秒の周期差が生じた。
• 周期差は特に高径数モード（k > 23）で顕著であり、コアの化学的構造、特に外側コア領域への感受性を示している。
• 前身星進化の不確実性によって生じる周期差は、過去の星の内部構造解析で報告された3.5秒の典型的適合精度を上回っており、無視できないことが示された。
• 最大の周期シフトは特定のモードでのみ発生し、全周期スペクトルにわたる均一な影響ではないため、影響はモード依存的であると考えられる。