[論文レビュー] Rotational mixing in low-mass stars : I Effect of the mu-gradients in main sequence and subgiant Pop I stars

A. Palacios, S. Talon+2 more|ArXiv.org|Oct 23, 2002

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 44被引用数 102

ひとこと要約

本研究は、平均分子量（μ）勾配を完全に取り入れた、回転する低質量Pop I星の包括的モデルを提示する。対流・せん断乱流・重力沈降を組み込み、水平的μ変動に起因するμ-流れが内部回転プロファイルを顕著に変化させ、化学輸送を支配し、均一モデルで予測される「這い進む麻痺」を防ぎ、準巨星におけるリチウム不足の主要要因を解明する。

ABSTRACT

We present a first set of results concerning stellar evolution of rotating low-mass stars. Our models include fully consistent transport of angular momentum and chemicals due to the combined action of rotation induced mixing (according to Maeder & Zahn 1998) and element segregation. The analysis of the effects of local variations of molecular weight due to the meridional circulation on the transport of angular momentum and chemicals are under the scope of this study. We apply this mechanism to low mass main sequence and subgiant stars of population I. We show that the so-called $μ$-currents are of major importance in setting the shape of the rotation profile, specially near the core. Furthermore, as shown by Talon & Charbonnel (1998) and Charbonnel & Talon (1999) using models without $μ$-currents, we confirm that rotation-induced mixing in stars braked via magnetic torquing can explain the blue side of the Li dip, as well as the low Li abundances observed in subgiants even when $μ$-currents are taken into account. We emphasize that $μ$ variations are not to be neglected when treating rotation-induced mixing, and that they could be of great importance for latter evolutionary stages.

研究の動機と目的

• 平均分子量（μ）勾配が低質量主系列星および準巨星における回転混合に与える影響を調査すること。
• 化学的に不均一な領域における対流によるμ-流れが、角運動量および化学輸送に与える影響を評価すること。
• μ勾配を含む回転誘発混合が、準巨星におけるリチウム不足と低表面リチウム分画を説明できるかを特定すること。
• 特に磁気制動と非均一回転の文脈において、μ勾配のフィードバックを無視した過去のモデルの妥当性を検証すること。
• 均一モデルで予測された「這い進む麻痺」が、μ変動を含めた場合に実際に発生するかどうかを明確にすること。

提案手法

• 本研究は、Maeder & Zahn（1998）の形式を用いて、対流・せん断乱流・重力沈降を介した角運動量と化学輸送を完全に結合した星の進化モデルを採用する。
• 平均分子量（μ）の水平的変化を明示的に計算し、その対流へのフィードバックをμ-流れを通じてモデル化する。μ-流れは、有効拡散および回転プロファイルを変更する。
• 角運動量損失を模擬するため磁気制動を導入し、非均一回転を可能にし、過去の研究で見られる固体体積回転の仮定を回避する。
• 化学輸送は有効拡散係数を用いて計算され、μ勾配効果により不均一星では乱流拡散が支配的になる。
• モデルは、観測と整合する開集合（例：ハイアデス）で、リチウム不足の熱い側に位置する低質量（M ≲ 2.2 M⊙）Pop I星に適用される。
• モデル予測の妥当性を検証するため、フィールドおよびクラスタ準巨星における観測リチウム分画と結果を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 対流によって生成されるμ勾配が、低質量回転星の内部回転プロファイルにどのように影響を与えるか？
• RQ2 非均一モデルと比較して、μ-流れが放射層における回転混合の効率にどの程度影響を与えるか？
• RQ3 μ勾配のフィードバックを含むモデルが、リチウム不足の熱い側に位置する準巨星における観測リチウム枯渇を再現できるか？
• RQ4 μ変動の導入により、過去の均一モデルで予測された「這い進む麻痺」が回避されるか？
• RQ5 μ勾配を含めた場合、物質輸送の主導メカニズムがどのように変化するか—具体的には、乱流拡散が有効拡散を上回るか？

主な発見

• 水平的分子量勾配に起因するμ-流れは、特にコア付近で内部回転プロファイルを形作る上で極めて重要であり、より強い非均一回転を引き起こす。
• μ勾配の存在により、均一モデルで予測された「這い進む麻痺」が回避される。これは、非均一回転下で逆転項（ΛおよびΘ）が相殺されないためである。
• 不均一星では乱流拡散係数が化学輸送を支配するが、均一星では有効拡散係数が主な寄与要因である。
• μ勾配フィードバックを含む回転モデルは、古典的モデルよりも、進化した星における観測リチウム枯渇をより正確に再現する。表面リチウム枯渇は、より高い有効温度（Teff > 5850 K）で発生する。
• 本研究は、磁気制動を含んでも、準巨星における低リチウム分画および1.4 M⊙以上の質量を持つ星におけるリチウム進化の分散を成功裏に説明する。
• μ変動は回転星モデルで無視してはならないことが確認され、混合効率を顕著に変化させ、準主系列以降の進化において極めて重要である可能性がある。