[論文レビュー] Evolution of asymptotic giant branch stars II. Optical to far-infrared isochrones with improved TP-AGB models

Paola Marigo, L. Girardi+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 111被引用数 882

ひとこと要約

本論文は、第3の上昇混入、ホットボトム燃焼、可変分子吸光率、およびダスト再放射効果を含む改善された物理学を組み込んだ、漸近巨星分枝（TP-AGB）星の新しい理論的等光年齢曲線を提示する。詳細なTP-AGB進化軌道と合成的光度測定およびダストモデルを組み合わせることで、C豊富星の冷却赤尾、パルセーションモードの遷移、および強化された質量放出率を正確に再現し、光学的から遠赤外域までの光度測定システムにおいて予測の大幅な向上を実現した。

ABSTRACT

We present a large set of theoretical isochrones, whose distinctive features mostly reside on the greatly improved treatment of the thermally pulsing asymptotic giant branch (TP-AGB) phase. Essentially, we have coupled the TP-AGB tracks described in Paper I, at their stages of pre-flash quiescent H-shell burning, with the evolutionary tracks for the previous evolutionary phases from Girardi et al. (2000). Theoretical isochrones for any intermediate value of age and metallicity are then derived by interpolation in the grids. We take care that the isochrones keep, to a good level of detail, the several peculiarities present in these TP-AGB tracks. Theoretical isochrones are then converted to about 20 different photometric systems -- including traditional ground-based systems, and those of recent major wide-field surveys such as SDSS, OGLE, DENIS, 2MASS, UKIDSS, etc., -- by means of synthetic photometry applied to an updated library of stellar spectra, suitably extended to include C-type stars. Finally, we correct the predicted photometry by the effect of circumstellar dust during the mass-losing stages of the AGB evolution, which allows us to improve the results for the optical-to-infrared systems, and to simulate mid- and far-IR systems such as those of Spitzer and AKARI. Access to the data is provided both via a web repository of static tables (http://stev.oapd.inaf.it/dustyAGB07 and CDS), and via an interactive web interface (http://stev.oapd.inaf.it/cmd) that provides tables for any intermediate value of age and metallicity, for several photometric systems, and for different choices of dust properties.

研究の動機と目的

• 理論的等光年齢曲線における熱的脈動する漸近巨星分枝（TP-AGB）段階の長年の不足を是正すること。これは星族の年齢および金属量推定に深刻な影響を与える。
• 第3の上昇混入、ホットボトム燃焼、可変分子吸光率といった重要な物理的過程を統合し、C型星の観測された性質および色-等級図における冷却赤系列を正確に再現すること。
• 周囲のダスト効果を合成的光度測定に統合し、進化したAGB星からの放射エネルギーの再放射をモデル化することで、光学的、近赤外、中赤外、遠赤外までの光度測定システムにわたる現実的な予測を可能にすること。
• 質量放出率、ダスト凝縮、および風の拡張速度を星のパラメータと一貫した枠組みで結びつけることにより、進化軌道の現実性を向上させること。

提案手法

• Paper Iで得られた前フラッシュ静止状態のヘリウムシェル燃焼を伴うTP-AGB軌道を、Girardiら（2000）の初期進化段階と結合し、完全な等光年齢曲線を構築した。
• 更新された星のスペクトルライブラリ（C型星を含む拡張版）を用いた合成的光度測定により、SDSS、2MASS、UKIDSS、Spitzer/IRACを含む約20の光度測定システムにおける等級を計算した。
• ダスト再放射モデルを適用して、星周囲環境からの放射を模擬し、星のパラメータ（L、T_eff、M_dot、C/O、Z）に応じて変化するダスト対ガス比および風の拡張速度を考慮した。
• 観測されたC型星の明るさ関数およびマゼラン銀河のクラスタにおける星数を基準に、第3の上昇混入効率および質量放出の規定を補正し、観測結果と整合性を保った。
• 年齢および金属量グリッドにおける補間を用いて、中間的な値に対応する等光年齢曲線を生成し、インタラクティブおよび静的Webインターフェースからアクセス可能にした。
• ミルキーウェイの円盤およびマゼラン銀河からの観測データを用いて妥当性を検証し、光学的から中赤外域までの色-等級図に焦点を当てた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、C型星の色-等級図における観測された冷却赤尾を再現できるほど、TP-AGB段階を十分に物理的詳細を込めてモデル化できるか？
• RQ2 第3の上昇混入およびホットボトム燃焼の改善された取り扱いは、星族におけるAGB星の予測された寿命および明るさにどの程度の影響を与えるか？
• RQ3 可変分子吸光率およびダスト再放射は、光学的から遠赤外域までの波長域におけるAGB星の光度的外観にどのように影響を与えるか？
• RQ4 M型星とC型星を区別する一貫した質量放出形式は、パルセーションモードの遷移およびスーパーウインド段階を観測されたものと一致して再現できるか？
• RQ5 新しい等光年齢曲線は、解像度の高い銀河および高赤方偏移系における統合的星族モデルの正確性をどの程度向上させるか？

主な発見

• 分子吸光率およびダスト再放射の正確な取り扱いのおかげで、C型星の特徴的な冷却赤尾が近赤外および中赤外の色-等級図で正確に再現された。
• 最も質量の大きなAGB星においてホットボトム燃焼を組み込むことで、それらがC型星とならず、異なる金属量領域におけるC型星の割合に関する観測的制約と整合した。
• 第1倍振動数モードから基本モードへの遷移が予測され、質量放出率の増加と関連し、進化軌道の現実性が向上した。
• M型星からC型星への遷移に伴い、質量放出率が著しく増加することが示された。これは表面化学の変化およびダスト形成に起因し、最新のTP-AGB段階でスーパーウインド状態に達した。
• 第3の上昇混入パラメータを観測結果に一致させるように補正することで、マゼラン銀河のクラスタにおけるC型星の明るさ関数および星数が観測と一致した。
• 等光年齢曲線により、銀河のレストフレーム近赤外スペクトルおよびDENIS、2MASS、SAGE調査で観測された解像度の高いAGB星の明るい赤外発光を正確にシミュレートできるようになった。