[論文レビュー] The Effect of Diffusion on Pulsations of Stars on the Upper Main Sequence. delta Scuti and Metallic A Stars

Sylvain Turcotte, J. Richer+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 20, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 5被引用数 12

ひとこと要約

本稿は、上部主系列に位置するA型星、特にδスキュチおよび金属的A（Am）星における原子拡散が脈動安定性に与える影響を調査する。高度な透過率テーブルと非断熱脈動モデルを用いて、拡散が駆動領域におけるヘリウム含有量を増加させることを示し、進化したAm星では脈動を可能にするが、若年星では除外する。結果は、不安定性帯の赤端付近に位置する可変星の観測と定性的に整合する。

ABSTRACT

Recent dramatic improvements in the modeling of abundance evolution due to diffusion in A stars have been achieved with the help of monochromatic opacity tables from the OPAL group. An important result in the context of stellar pulsations is the substantial helium abundance shown to be left over in the driving region of delta Scuti-type pulsations in chemically peculiar Am stars. An accurate opacity profile in the entire stellar envelope including the full effect of heavy elements is also now available for the first time. Pulsations are shown to be excluded for young Am stars but occur naturally when these stars evolve off the ZAMS. The predicted variable metallic A stars all lie towards the red edge of the instability strip, in qualitative agreement with the observed variable delta Delphini and mild Am stars. Results show little direct excitation from iron-peak elements in A-type stars. The main abundance effect is due to the settling of helium, along with a marginal effect due to the enhancement of hydrogen.

研究の動機と目的

• 上部主系列に位置するA型星における脈動安定性を規定する原子拡散の役割を理解すること。
• 化学的に特異な星（CP星）と可変星との間の長年の不一致を解消するために、拡散が脈動励起に与える影響を検討すること。
• 観測された可変なAm星およびδスキュチ星が、拡散によって引き起こされる組成変化によって説明可能かどうかを評価すること。
• 重元素およびヘリウム沈降を含む改善された透過率モデリングが、脈動モードの増幅率に与える影響を評価すること。
• 観測された可変星が不安定性帯の赤端に位置していることと、拡散モデルと整合しているかどうかを検証すること。

提案手法

• OPALグループが提供する更新済みの単色透過率テーブルを用いて、星の包層全域における放射透過率をモデリングする。
• 拡散ありおよびなしの星モデルに対して、線形非断熱振動方程式を解き、脈動モードの増幅率を計算する。
• 対流および乱流の簡易的取り扱いを適用し、乱流混合が鉄の対流圏を越えて拡張され、観測された表面組成と一致するようにする。
• 拡散の有無を比較するため、1.8および1.9 M☉のA型星モデルを用い、組成の分層が安定性に与える影響を分離する。
• 星内部における透過率の隆起に、ヘリウム沈降および鉄族元素の増加が与える影響を組み込む。
• 非局所的かつ時間に依存する対流の取り扱いを用いて、脈動に対する対流の減衰および励起効果を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 原子拡散は、上部主系列に位置するA型星の脈動安定性をどのように変化させるか？
• RQ2 なぜ若年Am星は脈動しないが、進化した星は脈動するのか？また、拡散はこの挙動を説明できるか？
• RQ3 鉄族元素はA型星における脈動駆動にどの程度寄与するか？
• RQ4 駆動領域におけるヘリウム含有量の増加は、脈動モードの励起にどのように影響するか？
• RQ5 観測された可変星が不安定性帯の赤端に位置していることは、拡散モデルによって再現可能か？

主な発見

• 拡散により、Am星の脈動駆動領域におけるヘリウム含有量が著しく過剰に増加し、脈動の励起可能性が向上する。
• 若年Am星ではヘリウムの増加が不十分なため脈動が排除されるが、ゼロ年齢主系列から離脱した段階で自然に脈動が発生する。
• 予測された可変な金属的A星は、すべて不安定性帯の赤端付近に位置しており、観測されたδデルフィニ星および弱いAm星と定性的に一致する。
• 鉄族元素は脈動励起に僅かに寄与するにとどまり、主な効果はヘリウム沈降およびわずかな水素増加に起因する。
• モデルにおける乱流は安定な鉄対流圏の形成を防ぐが、鉄族元素による透過率の隆起は依然として弱く駆動に寄与する。
• 著者らのモデルにおける増幅率は、標準モデルよりも低い。これは、詳細なモデリングの選択が脈動安定性の予測に顕著に影響することを示唆する。