[論文レビュー] Stellar evolution of low and intermediate-mass stars. IV. Hydrodynamically-based overshoot and nucleosynthesis in AGB stars

Falk Herwig, T. Bloêcker+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 12, 1997

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 26

ひとこと要約

本論文は、低・中質量のAGB星の星進化モデルを改善するために、2次元放射圧平衡流体力学シミュレーションに基づく流体力学的動機付けの過渡拡散処理を提案する。シュバルツシルト境界を超えて深さに依存する対流速度を適用することにより、第7次熱パルス時に早期の第3次上昇混合が発生し、約3.9×10⁻⁷ M☉の13Cポケットが形成される。これにより、間層の元素組成が(4He/12C/16O) ≈ (23/50/25)に変化し、核合成に顕著な影響を与え、炭素星の謎を解消する。

ABSTRACT

The focus of this study is on the treatment of those stellar regions immediately adjacent to convective zones. The results of hydrodynamical simulations by Freytag et al. (1996, A&A313,497) show that the motion of convective elements extends well beyond the boundary of the convectively unstable region. We have applied their parametrized description of the corresponding velocities to the treatment of overshoot in stellar evolution calculations up to the AGB (Pop.I, M_zams=3M_sun).

研究の動機と目的

• 観測された低光度炭素星と、低質量で上昇混合を発生させない標準的AGBモデルとの間の矛盾を解消すること。
• 標準的モデルがs過程核合成に必要な13Cを十分に生成できないという課題に対処すること。
• 星進化計算に流体力学的動機付けの過渡拡散を組み込むことにより、観測されたAGB星の元素組成をよりよく再現すること。
• シュバルツシルト境界を越えた追加の混合が、人工的なパrameter化なしに早期の上昇混合と13Cポケット形成を説明できるかを検証すること。

提案手法

• Freytagら（1996）の2次元流体力学的シミュレーションから得られた対流速度のパラメータ化記述を採用し、シュバルツシルト境界を超えた過渡拡散をモデル化した。
• Blöcker（1993, 1995）の1次元星進化コードを改変し、すべての対流領域における深さ依存の過渡拡散を組み込んだ。
• 13C(α,n)16Oおよび22Ne(α,n)25Mg反応を含む31種の核種と74の反応を含む核種ネットワークを用いた。
• Iglesias ら（1992）およびAlexander & Ferguson（1994）の光学率テーブルを用いて、正確な放射移動を再現した。
• 拡散的尾部を用いて、対流包層の浸食、H/12Cプロファイルの重なり、および13Cポケット形成の進化を追跡した。
• 上昇混合パrameter λ を、パルスサイクルごとの上昇混合質量とコア質量増加の比として計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 流体力学的動機付けの過渡拡散は、低質量AGB星（≤3 M☉）における第3次上昇混合の早期発生を説明できるか？
• RQ2 シュバルツシルト境界を越えた追加混合は、s過程に必要な13Cポケットの形成を引き起こすか？
• RQ3 流体力学的基盤の過渡拡散を適用した場合、標準的モデルと比較して間層の元素組成（4He/12C/16O）はどのように変化するか？
• RQ4 深さに依存する過渡拡散は、熱パルス中の上昇混合のタイミングと効率にどのような影響を与えるか？
• RQ5 高温底部燃焼や質量放出のみに依存せずに、観測された低光度炭素星を説明できるか？

主な発見

• 3 M☉のAGBモデルでは、第7次熱パルス時に第3次上昇混合が発生し、第12パルス時に上昇混合パrameter λ = 0.60 を示した。
• 上昇混合された総質量は3.7×10⁻³ M☉に達し、そのうち1.5×10⁻³ M☉が表面に運ばれた¹²Cであった。
• Hおよび¹²Cプロファイルの界面で、対流包層と炭素豊富層の拡散的重なりにより、3.9×10⁻⁷ M☉の13Cポケットが形成された。
• 間層組成は、標準的モデルの(70/26/1)から、流体力学的基盤モデルでは(23/50/25)にシフトした。
• 対流包層がヘリウム豊富な層に浸食し、準対流を誘発し、鋭い組成境界を消失させた。
• 13Cポケットは次の熱パルス前に放射的に燃焼され、Straniero ら（1995）の結果と整合的であるが、今や流体力学的混合による自然な形成である。