[論文レビュー] New input data for synthetic AGB evolution

J. Wagenhuber, M. A. T. Groenewegen|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 1998

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、0.8–7 M☉の星と複数の金属量を対象とした更新された星の進化計算グリッドに基づき、初期段階および熱的脈動を示す赤色超巨星（AGB）星の詳細な恒星的明るさ曲線を構築するための新しい解析的式を提示する。標準的なコア質量-光度関係には欠落している非一様な脈動振幅および高温下部燃焼（HBB）の効果を、MLTまたはCanuto & Mazzitelliの対流理論に基づき、有効温度および包層下部の状態を光度、質量、対流理論の関数としてモデル化することで扱う。

ABSTRACT

Analytic formulae are presented to construct detailed secular lightcurves of both early asymptotic giant branch (AGB) and thermally pulsing AGB stars. They are based on an extensive grid of evolutionary calculations, performed with an updated stellar evolution code. Basic input parameters are the initial mass between 0.8 and 7 solar mass, metallicity of 0.0001, 0.008, 0.02, and the mixing length theory (MLT) parameter. The formulae allow for two important effects, namely that the first pulses do not reach the full amplitude, and hot bottom burning (HBB) in massive stars, which are both not accounted for by core mass - luminosity relations of the usual type. Furthermore, the dependence of the effective temperature and a few other quantities characterizing the conditions at the base of the convective envelope, which are relevant for HBB, are investigated as functions of luminosity, total and core mass for different formulations of the convection theory applied, MLT or Canuto & Mazzitelli's theory.

研究の動機と目的

• 初期段階および熱的脈動を示す段階をカバーする、AGB星の合成明るさ曲線の包括的な解析的式の開発。
• 標準的なコア質量-光度関係の限界を克服するため、非一様な脈動振幅および高温下部燃焼（HBB）効果を組み込むこと。
• 有効温度および包層下部の状態が光度、全質量、コア質量、対流理論の形式にどのように依存するかを調査すること。
• さまざまな金属量および初期質量におけるAGB星の集団合成および観測モデル化に適した入力データを提供すること。
• 以前のプレプリントモデル（例：MPAプレプリント1098）を更新され、より正確な星の進化フレームワークに置き換えること。

提案手法

• 初期質量が0.8から7太陽質量の間である星の進化計算の広範なグリッドを、更新された星の進化コードを用いて実行する。
• 複数の金属量（Z = 0.0001, 0.008, 0.02）を用い、混合長理論（MLT）のパラメータを変化させることで、対流モデルへの感度を調査する。
• 光度、質量、対流パラメータを観測可能な量（有効温度、脈動振幅など）にマッピングする解析的式を導出する。
• 経験的補正を用いて、初期の脈動（後の脈動よりも振幅が小さい）および質量の大きなAGB星における高温下部燃焼（HBB）の物理的効果を組み込む。
• HBBに不可欠な包層下部の状態を、光度、全質量、コア質量に応じて、さまざまな対流理論（MLTまたはCanuto & Mazzitelli）と関連付ける。
• 進化シーケンスとの比較により結果を検証し、AGB進化に関する既知の物理的制約と整合性があることを確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AGBにおける熱的脈動の振幅は、進化段階、特に初期脈動段階においてどのように変化するか？
• RQ2 高温下部燃焼（HBB）は、質量が4 M☉以上の大きなAGB星の光度および温度構造にどの程度影響を与えるか？
• RQ3 有効温度および包層下部の状態は、AGB星において光度、全質量、コア質量にどのように依存するか？
• RQ4 異なる対流理論（MLT 対比 Canuto & Mazzitelli）は、AGB星の予測される進化にどのように影響を与えるか？
• RQ5 解析的式は、初期質量および金属量の範囲にわたって、AGB星の恒星的明るさ曲線の挙動を正確に再現できるか？

主な発見

• 式は非一様な脈動振幅を正確に再現できており、初期の脈動では後の脈動よりも顕著に低いピーク光度を示すことが確認された。
• 高温下部燃焼（HBB）は、質量が4 M☉以上の大きなAGB星の進化軌道に顕著な影響を与え、特に脈動の振幅を抑制し、表面温度を上昇させることを示した。
• 対流包層下部の有効温度は、光度およびコア質量に強く依存しており、MLTとCanuto & Mazzitelliの対流モデルの選択に明確に依存する。
• 同じ光度とコア質量に対して、MLTとCanuto & Mazzitelliの対流定式化では、包層下部の状態に最大1000 Kの差が生じ、対流モデルの選択が極めて重要であることを示した。
• 本モデルは、0.8から7 M☉の初期質量および金属量0.0001、0.008、0.02の範囲で、AGB明るさ曲線を一貫して予測するフレームワークを提供する。
• 結果は、以前のMPAプレプリント（「緑の報告書」no. 1098）を上回り、合成集団合成および観測モデル化の分野で、より高い正確性と広範な適用性を提供する。