[論文レビュー] Gravonuclear Instabilities in Post-Horizontal-Branch Stars

A. V. Sweigart, John C. Lattanzio+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、後水平枝星における重力核不安定性を検討し、それが星の内部物理的性質に起因するのではなく、呼吸モードを抑制するためにモデルで人工的に導入された手法に起因することを明らかにした。中心ヘリウム含有率を固定すると、急激なヘリウム不連続性が形成され、薄いシェルにおける熱不安定性が生じるが、核反応がシェルをS字型に広げると、不安定性は消滅する。これは、現象が物理的現実ではなく、モデルの仮定に起因する数値的アーティファクトであることを示している。

ABSTRACT

We investigate the gravonuclear instabilities reported by Bono et al. (1997a,b) during the onset of helium-shell burning at the end of the horizontal-branch (HB) phase. These instabilities are characterized by relaxation oscillations within the helium shell which lead to loops in the evolutionary tracks. We find the occurrence of these instabilities depends critically on how the breathing pulses are suppressed near the end of the HB phase. If they are suppressed by omitting the gravitational energy term in the stellar structure equations, then the helium profile within the core at the end of the HB phase will contain a broad region of varying helium abundance. The helium-burning shell which forms in this region is too thick to be unstable, and gravonuclear instabilities do not occur. If, on the other hand, the breathing pulses are suppressed by prohibiting any increase in the central helium abundance, then the final helium profile can exhibit a large discontinuity at the edge of the helium-exhausted core. The helium shell which forms just exterior to this discontinuity is then much thinner and can be thermally unstable. Even in this case, however, the gravonuclear instabilities disappear as soon as the nuclear burning broadens the helium shell into its characteristic S-shape. We conclude that the gravonuclear instabilities found by Bono et al. are a consequence of the ad hoc procedure used to suppress the breathing pulses.

研究の動機と目的

• Bonoら（1997年）が報告した後水平枝星における重力核不安定性の起源を検討すること。
• これらの不安定性が物理的現実であるのか、星構造方程式におけるモデリング選択の結果であるのかを特定すること。
• 呼吸モードを抑制するための異なる手法がヘリウムプロファイルの形成およびシェル安定性に与える影響を評価すること。
• ヘリウム含有率勾配およびシェル厚さが熱不安定性を引き起こす条件として果たす役割を評価すること。

提案手法

• 重力エネルギー項を含む・含まない星構造方程式を用いて、後水平枝星の進化をモデル化すること。
• 2つの抑制手法の比較：重力エネルギー項を省略することと、中心ヘリウム含有率を固定すること。
• 水平枝の終焉におけるヘリウム含有率プロファイルの進化を追跡すること。
• 各シナリオで形成されるヘリウム燃焼シェルの厚さと安定性を分析すること。
• 異なる条件下でリラクゼーション振動およびループ状の進化軌道が出現するかを検討すること。
• 核反応の進行に伴い薄いシェル不安定性から広がったS字型シェルへの遷移が、不安定性の有無に与える影響を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 後H-B星における重力核不安定性は物理的プロセスに起因するのか、それともモデリングのアーティファクトに起因するのか？
• RQ2 重力エネルギー項を省略することで呼吸モードを抑制した場合、ヘリウムプロファイルの形成にどのような影響を与えるか？
• RQ3 中心ヘリウム含有率を人工的に一定に保つとシェル安定性はどのように変化するか？
• RQ4 どのような条件下で薄いヘリウムシェルが熱的に不安定化するか？
• RQ5 ヘリウムシェルがS字型に広がると、なぜ重力核不安定性が消滅するのか？

主な発見

• 重力核不安定性は物理的現実ではなく、星のモデルにおける呼吸モードの便宜的抑制に起因する数値的アーティファクトである。
• 重力エネルギー項を省略すると、ヘリウムプロファイルに広がりがあり変動する領域が形成され、薄く不安定なシェルの形成が妨げられる。
• 中心ヘリウム含有率を固定すると、コア端縁に急激な不連続性が生じ、熱不安定性を示しやすい薄いヘリウムシェルが形成される。
• しかし、核反応がシェルを特徴的なS字型に広げると、シェルが薄いままであろうと不安定性は消滅する。
• したがって、不安定性の発生はモデル固有の仮定に依存しており、星の内部的挙動とは無関係である。
• 本研究は、報告された不安定性が物理的現象として頑健ではないことを結論づけ、むしろ一貫性のないあるいは人工的なモデリング手順の結果であると評価した。