[論文レビュー] Fluorine production in intermediate-mass stars

N. Mowlavï, A. Jorissen+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 27, 1996

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、詳細な星間モデルと更新された核反応断面積を用いて、中質量の漸近巨星分支（AGB）星におけるフッ素-19（19F）生成を調査している。19Fは熱的パルスの間に生成されることが確認されたが、その生成量はピーク温度とパルスのダイナミクスに強く依存する。一方、パrametrized第三の上昇（third dredge-up）を含む標準的モデルでは、観測された最高の19F過剰量を説明できないことが判明した。特に、超リチウム過剰星WZ Casにおける19F過剰量の解明には、未考慮の過程や金属量依存効果が必要である可能性を示唆している。

ABSTRACT

The 19F production during the first dozen thermal pulses of AGB stars with (M=3,Z=0.02), (M=6,Z=0.02) and (M=3,Z=0.001) is investigated on grounds of detailed stellar models and of revised rates for 15N(a,g)19F and 18O(a,g)22Ne. These calculations confirm an early expectation that 19F {\it is} produced in AGB thermal pulses. They also enlarge substantially these previous results by showing that the variations of the level of 19F production during the evolution is very sensitive to the maximum temperature reached at the base of the pulse. These variations are analyzed in detail, and are shown to result from a subtle balance between different nuclear effects (mainly 19F production or destruction in a pulse, and 15N synthesis during the interpulse), possibly super-imposed on dilution effects in more or less extended pulse convective tongues. Our calculations, as most others, do not predict the third dredge-up self- consistently. When parametrized, it appears that our models of intermediate-mass AGB stars are able to account only for the lowest 19F overabundances observed in solar-metallicity MS, S and C stars. That conclusion is expected to hold true for low-mass stars when F production results from secondary 13C only. Massive AGB stars, on the other hand, are not expected to build up large surface F abundanc- es. Therefore, the large F overabundance reported for the super Li-rich star WZ Cas (where HBB is supposed to be operating) remains unexplained so far. Our results for the (M=3,Z=0.001) star indicate that F surface overabundances can also be expected in low-metallicity stars provided that third dredge-ups occur after the early cool pulses. The relative increase in the surface 19F/12C ratio is, however, lower in the low-metallicity than in the solar-metallicity star. No observations are

研究の動機と目的

• 質量と金属量を変化させた中質量AGB星におけるフッ素-19（19F）生成の調査。
• 特に15N(α,γ)19Fおよび18O(α,γ)22Neの核反応断面積の見直しが19F生成量に与える影響の評価。
• 熱的パルスのダイナミクス、特に対流混合と基部の最大温度が表面19F含有量に与える影響の特定。
• 標準的AGBモデルが金属貧乏星や極端星における観測された19F過剰量を再現する限界の評価。
• パルスのタイミングと混合効率を考慮した場合、第三の上昇イベントが低金属量星における19F強化に寄与できるかの検討。

提案手法

• 質量3 M☉および6 M☉、金属量Z = 0.02およびZ = 0.001のAGB星の詳細な星間進化モデルの構築。
• 15N(α,γ)19Fおよび18O(α,γ)22Neの最新実験的断面積を導入し、核合成予測の精緻化。
• 複数回の熱的パルスにわたる19Fおよび12C表面含有量の変化を追跡し、ピーク温度とパルス持続時間に注目。
• パルス中の19F生成、間欠的パルス間の15N合成、およびα捕獲による破壊の相互作用のモデル化。
• 第三の上昇イベントをパラメータ化し、特に初期と後期のパルスにおける表面19F強化への影響を評価。
• モデル予測を主系列星、S型星、C型星、および超リチウム過剰星WZ Casにおける観測された19F過剰量と比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中質量AGB星が熱的パルスを通じて検出可能な表面19F過剰量を生成できる程度はどの程度か？
• RQ2 19F生成は、対流パルスの基部に達する最大温度にどの程度依存するか？
• RQ3 パラメータ化された第三の上昇を含む標準的AGBモデルは、WZ Casのような星における最高の観測19F過剰量を再現できるか？
• RQ4 特に低金属量AGB星において、金属量が表面19F強化効率に与える影響は何か？
• RQ5 高温底部燃焼が存在するにもかかわらず、なぜ超リチウム過剰星WZ Casは著しい19F過剰量を示すのか？

主な発見

• 中質量AGB星における熱的パルス中に19Fが実際に生成され、以前の理論的予想が裏付けられた。
• 19F生成量は、パルス中の19F合成と高温域における19F(α,γ)23Neによる破壊の微妙なバランスに強く依存し、パルス間で顕著に変動する。
• パルス基部の最大温度が19F生成量を支配する主要要因であり、高温になるほど破壊が顕著に進行する。
• 第三の上昇イベントが表面19Fを強化できるのは、初期の冷たいパルスの後に発生する場合に限られ、特に低金属量星（Z = 0.001）では太陽系金属量星に比べて19F/12C比の相対的増加が小さい。
• パラメータ化された第三の上昇を含む標準的モデルでは、観測された最高の19F過剰量を再現できない。特に超リチウム過剰星WZ Casにおいて顕著である。
• 大質量AGB星は顕著な表面19Fを蓄積しないと予想され、したがって一部の進化した星における極端なフッ素強化を説明するには代替メカニズムが必要である。