[論文レビュー] Evolution of CNO abundances in the Universe

Nikos Prantzos|arXiv (Cornell University)|Jan 3, 2003

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、CNO元素の最新の星間物質生成量をレビューし、回転と質量損失が核合成に与える影響に焦点を当てる。回転する星は一次窒素を生成するが、非回転星は二次窒素を生成することを示しており、銀河系および外部銀河系系における観測されたC/OおよびN/O比は、低金属量における平板状の元素組成傾向を説明するため、遅れて供給される炭素源と低い星形成効率を必要とする。

ABSTRACT

After summarizing the most important features of current stellar yields of CNO elements (including recent results concerning rotating and mass losing stars) I discuss how these yields may help to interpret relevant observations in the local Galaxy, the Milky Way disk and extragalactic systems (extragalactic HII regions and DLAs).

研究の動機と目的

• 回転星および質量損失を伴う星に注目した、CNO元素の星間物質生成量における最近の進展を統合すること。
• 太陽系近傍、銀河系ディスク、およびHII領域やDLAを含む外部銀河系系における観測されたCNO元素組成パターンを解釈すること。
• 一次窒素と二次窒素の生成の役割を評価し、銀河系化学進化における遅れて供給される炭素源の必要性を検討すること。
• N/OおよびC/Oの観測された平板状傾向が、低金属量系における星形成効率および進化 timescale に与える含意を評価すること。

提案手法

• 金属量依存の生成量を含む、van den Hoek & Grownewegen (1997)、Woosley & Weaver (1995)、Meynet & Maeder (2002) の更新された星間物質生成量モデルを用いる。
• 非回転星と回転星のモデルを比較し、回転混合が窒素生成に与える影響を分離する。
• 星形成効率を変化させた銀河系化学進化（GCE）モデルを用いて、O/H空間における観測された元素組成傾向を再現する。
• HII領域、DLA、および銀河系星におけるC/OおよびN/O比の観測データを分析し、モデル予測を検証する。
• 中質量星からの一次窒素と質量星からの二次窒素の理論的モデルが、観測された平板状傾向と整合するかを評価する。
• 太陽系近傍におけるO/Fe比の金属量増加に伴う低下を用いて、Ia型超新星がディスク期に遅れて鉄を供給する役割を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 回転混合と質量損失は、異なる質量および金属量の星におけるCNO元素、特に窒素の生成量にどのように影響するか？
• RQ2 星族における窒素が一次元素か二次元素かを決定づける要因は何か？
• RQ3 なぜ外部銀河系系における低金属量領域でN/OおよびC/Oの元素組成比が平板状の振る舞いを示すのか？
• RQ4 星形成効率を変化させた単純な銀河系化学進化モデルは、HII領域およびDLAにおける観測された元素組成傾向を再現できるか？
• RQ5 観測されたC/OおよびN/Oの平板状傾向は、低金属量銀河系における星形成のタイミングと効率にどのような含意を持つのか？

主な発見

• すべての質量の回転星は、特に低金属量および中質量星において顕著な回転混合により一次窒素を生成する。
• 非回転星は二次窒素を生成するが、中質量星における高温下部燃焼はほぼ一次窒素の生成量をもたらす。
• 低O/H（log(O/H) < -4）におけるN/Oの平板状傾向は、星形成効率が低く、中質量星が寄与できる十分な年齢がある系で最もよく説明される。
• 低O/HにおけるC/Oの平板状傾向は、遅れて供給される炭素源と整合的であるが、二次的挙動ではないため、遅れて供給されるか、別個の炭素生成機構を示唆する。
• 低金属量におけるHII領域および一部のDLAにおける高いN/O比は中質量星の寄与に起因するが、他のDLAにおける低N/O比は質量星が支配する若い系を示している。
• 太陽系近傍におけるO/Fe比の金属量増加に伴う低下は、Ia型超新星が鉄を遅れて供給する役割を支持しており、時間スケールの制約は約1 Gyrである。