[論文レビュー] Mixing and nucleosynthesis in rotating TP-AGB stars

N. Langer, Alexander Heger+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、回転による混合を組み込んだ、熱脈動的漸近巨星系列（TP-AGB）段階の回転する中質量星の最初の進化的モデルを提示する。回転に起因する角運動量輸送と化学的界面境界での混合、特に第3次ドリージュープ期間中、13Cが豊富な層の形成を可能にし、13C(α,n)反応によってs過程が駆動されることを示している。これにより、最大50 km/sの回転速度を示す白色矮星における観測されたs過程の核生成を説明できる。

ABSTRACT

We present the first evolutionary models of intermediate mass stars up to their thermal pulses which include effects of rotation on the stellar structure as well as rotationally induced mixing of chemical species and angular momentum. We find a significant angular momentum transport from the core to the hydrogen-rich envelope and obtain a white dwarf rotation rate comparable to current observational upper limits of 50 km/s. Large angular momentum gradients at the bottom of the convective envelope and the tip of the pulse driven convective shell are shown to produce marked chemical mixing between the proton-rich and the 12C-rich layers during the so called third dredge-up. This leads to a subsequent production of 13C which is followed by neutron production through 13C(alpha,n) in radiative layers in between thermal pulses. Although uncertainties in the efficiency of rotational mixing processes persist, we conclude that rotation is capable of producing a 13C-rich layer as required for the occurrence of the s-process in TP-AGB stars.

研究の動機と目的

• 中質量星のTP-AGB段階における混合および核生成に及ぼす回転の役割を調査すること。
• 回転がTP-AGB星におけるs過程に必要な13Cが豊富な層を生成できるかどうかを特定すること。
• コアから水素が豊富なエンベロープへの角運動量輸送をモデル化し、その星の回転プロファイルに与える影響を評価すること。
• 中性子生成を可能にする化学的勾配を生成する回転混合の効率を評価すること。

提案手法

• 星の構造と進化コードを用いて、中質量星（最大8 M☉）をTP-AGB段階にわたって数値的に進化させる。
• 星の内部に、メルジオナル循環やせん断混合を含む回転に起因する混合プロセスを組み込む。
• 回転不安定性を介してコアから水素が豊富なエンベロープへの角運動量輸送をモデル化する。
• 第3次ドリージュープ期間中に、対流エンベロープと12Cが豊富な放射層の界面での化学混合をシミュレートする。
• 熱脈動の間隔中に、放射層内での13C(α,n)反応による中性子源の生成を計算する。
• 予測された白色矮星の回転速度を、観測上の上限（約50 km/s）と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 回転は、TP-AGB星における13Cが豊富な層の形成に十分な混合を生じさせることができるか？
• RQ2 回転に起因する角運動量輸送は、TP-AGB星の回転プロファイルにどのように影響を与えるか？
• RQ3 対流エンベロープの基部およびパルス駆動型対流シェルの先端における化学混合が、s過程を可能にする役割は何か？
• RQ4 回転は、白色矮星の観測された回転速度をどの程度説明できるか？
• RQ5 回転混合プロセスは、パルス間期における13C(α,n)反応による中性子生成の効率にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 回転はコアから水素が豊富なエンベロープへの顕著な角運動量輸送を引き起こし、白色矮星の回転速度が観測上の上限（50 km/s）と同等になることを示している。
• 対流エンベロープの基部およびパルス駆動型対流シェルの先端に顕著な角運動量勾配が存在し、第3次ドリージュープ期間中に陽子が豊富な層と12Cが豊富な層の間で強い化学混合を引き起こしている。
• この混合により、対流エンベロープの下にある放射層に、s過程に不可欠な13Cが豊富な層が形成される。
• この層における13C(α,n)反応が、パルス間期に中性子を生成し、s過程の核生成を可能にしている。
• 混合効率に関する不確実性が存在するが、回転がTP-AGB星におけるs過程に必要な条件を生成できることを示している。
• 本モデルは、回転、混合、s過程の核生成を結びつける物理的メカニズムを提供している。