[論文レビュー] Sodium production in asymptotic giant branch stars

N. Mowlavï|arXiv (Cornell University)|Oct 29, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、赤色超巨星（AGB）星におけるナトリウム-23（Na23）の新しい一次生成メカニズムを提案する。このメカニズムは、連続する2回の第3の混入上昇（third dredge-up）によって炭素と酸素が表面に運ばれ、その後水素およびヘリウム燃焼シェルがそれらをネオン-22（Ne22）に、さらにNa23に変換するものである。モデルでは、太陽金属量で表面のC+N+Oの増加が約0.4デキシベルに達するとき、低金属量では約0.8デキシベルに達するとき、一次Na23が効率的に生成されると示され、AGB星における観測されたナトリウム過剰の新たな説明を提供する。

ABSTRACT

[condensed] A new scenario is presented for the production of Na23 in asymptotic giant branch (AGB) stars. The scenario takes advantage of the periodic third dredge-up episodes characterizing those stars, which mix primary C12 from their intershell layers to their surface. Two successive interpulse/pulse/dredge-up sequences are then required to produce Na23. During the first sequence carbon and oxygen are converted into N14 by the hydrogen burning shell, and subsequently transformed into Ne22 by the helium burning shell. During the second sequence, Ne22 is converted into Na23 by the hydrogen burning shell, which is brought to the surface by the subsequent dredge-up episode. The Na23 produced by this scenario is thus primary. The efficiency of this scenario is analyzed through standard evolutionary AGB model predictions combined with synthetic calculations for the surface chemical evolution. It is shown that primary Na23 can efficiently be produced as soon as the surface C+N+O abundance enhancement reaches a certain level depending on the stellar metallicity. The required surface C+N+O abundance enhancement amounts to about 0.4 dex in solar metallicity stars, and to about 0.8 dex at a metallicity five times less than solar. ...

研究の動機と目的

• 赤色超巨星（AGB）星における一次ナトリウム-23（Na23）生成の起源を説明すること。これは、標準的な二次生成メカニズムでは説明できない。
• AGB星における観測されたナトリウム過剰と、標準核融合モデルの予測との間に生じる不一致を解消すること。
• 繰り返し発生する第3の混入上昇とシェル燃焼プロセスを通じて、一次Na23がどのように効率的に合成されるかを調査すること。
• さまざまな金属量において、顕著なNa23生成を引き起こすために必要な表面C+N+Oの組成増加を定量化すること。

提案手法

• 本研究は、AGB星の標準的星間進化モデルを用いて、第3の混入上昇が表面組成に与える影響を模擬する。
• 繰り返し発生する間パルスおよびパルスのシーケンス中に表面化学組成の進化を追跡するための合成的計算を組み込む。
• モデルは、水素燃焼によるC12からN14への変換、ヘリウム燃焼によるN14からNe22への変換、さらにはさらなる水素燃焼によるNe22からNa23への変換を追跡する。
• Na23生成の効率は、混入上昇のタイミングと範囲、および表面組成に与える影響を分析することで評価される。
• 金属量依存のC+N+O増加の閾値を、顕著なNa23生成を開始させるために必要な条件として分析する。
• さまざまな金属量のAGBモデル系列のグリッドを用いて、理論的予測を観測的制約と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AGB星において、二次生成以外のメカニズムによって一次Na23が生成可能か？
• RQ2 連続する第3の混入上昇が、炭素および酸素同位体からNa23を合成可能である役割を果たすか？
• RQ3 AGB星におけるNa23生成が、表面C+N+Oの組成増加がどの程度で効率的になるか？
• RQ4 Na23生成に必要なC+N+O増加の閾値は、星の金属量に応じてどのように変化するか？
• RQ5 AGB星におけるC12からNa23への核融合経路（中間段階としてNe22の生成を含む）は何か？

主な発見

• 太陽金属量のAGB星では、表面C+N+Oの組成増加が約0.4デキシベルに達するとき、一次Na23の生成が効率的になる。
• 太陽金属量の5分の1の金属量では、顕著なNa23生成を達成するためのC+N+O増加の閾値は約0.8デキシベルに上昇する。
• Na23の生成は、2回の連続する間パルス／混入上昇シーケンスによって駆動されており、2回目の水素燃焼段階でNe22がNa23に変換される。
• このメカニズムは本質的に一次的である。初期の炭素および酸素は、間層領域で生成され、その後混入上昇によって表面に運ばれる。
• モデルは、Na23生成がAGB進化における第3の混入上昇のタイミングと効率に強く依存することを予測する。
• このシナリオは、二次生成のみでは説明できない観測されたAGB星におけるナトリウム過剰の現象を説明する有効なメカニズムを提供する。