[論文レビュー] New evolutionary models for massive ZZ Ceti stars. II. The effects of crystallization on their pulsational properties

A. H. Córsico, L. G. Althaus+3 more|Americanae (AECID Library)|Aug 12, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 62被引用数 20

ひとこと要約

本研究では、固体化とコアオーバースhoot効果を組み込んだ、質量の大きなZZ Ceti星の新しい進化的・脈動的モデルを提示する。固体化は特にモードトラッピングを通じて脈動周期スペクトルを強く変化させ、BPM 37093の観測スペクトルがその質量が約1.00 M☉の場合、コアオーバースhootの影響を反映している可能性があると示唆している。

ABSTRACT

We present in this work new pulsational calculations for improved carbon-oxygen DA white dwarf models suitable for the study of massive ZZ Ceti stars. The background models employed in this study, presented in detail in a recent paper by Althaus et al. (2003), are the result of the complete evolution of massive white dwarf progenitors from the zero-age main sequence through the Asymptotic Giant Branch (AGB) and mass loss phases to the white dwarf regime. Abundance changes are accounted for by means of a full coupling between nuclear evolution and time-dependent mixing due to convection, salt fingers, and diffusive overshoot. In addition, time-dependent element diffusion for multicomponent gases has been considered during the white dwarf evolution. Crystallization and chemical rehomogenization due to phase separation upon crystallization in the core of our models have been fully considered. The effects of crystallization on the period spectrum of these massive white dwarf models are assessed by means of a detailed pulsational analysis. We find that the theoretical pulsation spectrum is strongly modified when crystallization is considered, in particular concerning the mode trapping properties of the equilibrium models. We also discuss at some length the implications of our study for BPM 37093, the most massive ZZ Ceti star presently known. We find that if BPM 37093 has a stellar mass of $\approx 1.00$ \msun its observed spectrum could bear the signature of overshoot episodes during the helium core burning.

研究の動機と目的

• 質量の大きなZZ Ceti星の脈動的性質に及ぼす固体化の影響を評価すること。
• 質量の大きな白色矮星のヘリウム燃焼期におけるコアオーバースhootを、星の内部構造の推定に用いることができるかを検討すること。
• 固体化に伴う化学的再均一化と相分離が、脈動スペクトルをどのように形作るかを評価すること。
• BPM 37093の観測された周期スペクトルが、コアオーバースhootの影響か、固体化の効果かを特定すること。
• その脈動的および進化的性質に基づいて、BPM 37093の物理的歴史に制約を加えること。

提案手法

• 核燃焼、対流、塩分指状対流、拡散的オーバースhootを完全に結合させた、零歳主系列からAGB段階および質量損失段階までの詳細な進化モデルを構築した。
• 白色矮星進化の過程で、時間に依存する元素拡散を、多成分気体に適用した。
• 相分離の物理法則と振動固有関数における固体-液体界面の条件を用いて、コアにおける固体化と化学的再均一化をモデル化した。
• モデル内の重力モード（gモード）について、線形で非球面的、断熱的脈動計算を実施した。
• 固体相が振動固有関数に与える影響を正確に捉えるために、固体-液体界面に特別な境界条件を適用した。
• 過剰なオーバースhootモデルで観測された強力なモードトラッピングを再現できる単純な解析モデルを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 固体化は、質量の大きなZZ Ceti星の脈動周期スペクトルにどのように影響を与えるか？
• RQ2 BPM 37093の観測された周期間隔は、その前身星の進化段階におけるコアオーバースhootによって説明可能か？
• RQ3 固体化に伴う化学的再均一化が、脈動特性をどのように変化させるか？
• RQ4 固体化は、脈動スペクトルにおけるコアオーバースhootの痕跡をどの程度消去するか？
• RQ5 BPM 37093で観測されたモードトラッピングは、過去のコアオーバースhootの影響か、固体化の効果か、どちらに起因するか？

主な発見

• 固体化は、特にコアオーバースhootを伴うモデルにおいて、モードトラッピングが強化されることで、脈動周期スペクトルに顕著な影響を与える。
• オーバースhootを含む理論的モデルでは、強力なモードトラッピングが観測され、これは単純な解析モデルでも再現可能である。
• 1.00 M☉の白色矮星では、T_eff ≈ 11,700 Kで固体化度が37%に達するため、観測スペクトルに過去のコアオーバースhootの痕跡が残っている可能性がある。
• BPM 37093の質量が約1.10 M☉の場合、顕著なモードトラッピングは期待されず、脈動からコアオーバースhootを推定することは不可能である。
• BPM 37093の観測周期間隔17.125 s（±8 sの誤差を伴う）は、純粋なℓ=2モードではなく、ℓ=1とℓ=2モードの混合によって説明可能である。
• M ≳ 1.0 M☉の質量の大きな白色矮星は、固体化効果を研究するのに最適であり、0.90 M☉付近の白色矮星はコアオーバースhootの痕跡を分離して調べるのに適している。