[論文レビュー] Full computation of massive AGB evolution. II. The role of mass loss and cross-sections

P. Ventura, F. D’Antona|ArXiv.org|May 11, 2005

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 34被引用数 71

ひとこと要約

本研究は、質量関数 3–6.5 M⊙、金属量 Z=0.001 の大質量 AGB 星における核反応断面積（NACRE 対 CF88）および質量損失率が、核合成および進化に与える影響を調査する。FST 対流モデルを用いた全 30 プログラム核種ネットワーク計算により、C+N+O の生成物はほぼ一定（2 未満の要因内）であるのに対し、ナトリウムおよびマグネシウム同位体は断面積および質量損失に強く感受するため、球状星団の自己豊化シナリオにおける AGB モデルの予測能力が制限される。

ABSTRACT

In the course of a systematic exploration of the uncertainties associated to the input micro- and macro-physics in the modeling of the evolution of intermediate mass stars during their Asymptotic Giant Branch (AGB) phase, we focus on the role of the nuclear reactions rates and mass loss. We consider masses 3

研究の動機と目的

• 大質量 AGB 星の進化および核合成に対する核反応断面積（NACRE 対 CF88）および質量損失率の感受性を評価すること。
• AGB モデルが、球状星団の星における化学的異常（例：O-Na、Mg-Al の反相関）を説明する予測能力を評価すること。
• 現在の微小および巨視的物理的不確実性を考慮した場合、大質量 AGB 星が球状星団における自己豊化の主因である可能性を特定すること。
• 対流効率（FST モデルを介して）および質量損失が、HBB の活性化および元素生成物に与える影響を検討すること。
• 観測された球状星団の巨星および主系列星の元素組成パターンと比較して、モデル予測を検証すること。

提案手法

• ATON2.1 コードを用いた星の進化計算。全 30 プログラム核種核反応ネットワークと、対流混合に時間依存拡散方程式を組み合わせた手法。
• 対流は FST（Fickian-Style Turbulent）モデルを用い、静止的 CNO 燃焼時における対流包層底部の高温度混合を正確に捉える。
• 核反応率を NACRE コレクション（2000 年）と古い CF88（1988 年）値とで比較。特に 22Ne(p,γ)23Na および 24Mg(p,γ)25Mg 反応に注目。
• 質量損失率を体系的に変化（標準値より高い値も含む）させ、HBB 効率、包層冷却、化学的生成物に与える影響を評価。
• 質量および進化段階に応じた化学的生成物を計算。C+N+O、23Na、および 24,25,26Mg 同位体比に特に注目。
• 物理的条件（温度、光度、質量）を AGB 阶段全般にわたりモニタリングし、構造的進化と核合成結果の関連を明確化。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる核断面積（NACRE 対 CF88）が、大質量 AGB 星におけるナトリウムおよびマグネシウム同位体の生成および消失にどのように影響するか？
• RQ2 質量損失率が、ホットボトムバーニング（HBB）の効率および酸素、ナトリウム、マグネシウムといった主要元素の表面組成にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ3 異なる断面積セットおよび質量損失パラメータに対して、AGB の噴出物における C+N+O 生成物が一貫しているか？
• RQ4 ナトリウムおよびマグネシウム同位体比に関するモデル予測は、球状星団の星における観測組成と整合するか？
• RQ5 対流効率（FST モデルを介して）が、高温 HBB の活性化および大質量 AGB 星における核合成に与える役割は何か？

主な発見

• すべてのモデルにおいて、噴出物内の総 C+N+O はほぼ一定であり、2 未満の要因内にとどまる。これは、以前の研究とは対照的である。
• NACRE の断面積を用いると、M < 4.5 M⊙ の星では 22Ne(p,γ)23Na 反応が効率的であるため 23Na が生成されるが、より質量の大きな星では Ne-Na サイクルにより破壊される。
• CF88 の断面積では、22Ne(p,γ)23Na 反応率が極めて低いため、23Na は体系的に破壊され、ナトリウム生成はほとんどない。
• M > 5 M⊙ の場合、24Mg 燃焼により 25Mg/24Mg および 26Mg/24Mg 比は約 10 に近づき、極めて高いマグネシウム同位体の豊化を示す。
• 高い質量損失率は包層質量を減少させ、AGB の寿命を短くし、完全な HBB の発達を抑制する。その結果、ナトリウム豊富でマグネシウム同位体が乏しい噴出物が得られる。
• M ≤ 4.5 M⊙ の場合、質量損失率にかかわらず、対流圏底部の温度が低いため、強力な 24Mg 燃焼が活性化されず、ナトリウム豊富で 25Mg/24Mg および 26Mg/24Mg 比が低い噴出物が得られる。