[論文レビュー] The end of super AGB and massive AGB stars I. The instabilities that determine the final mass of AGB stars

Herbert H. B. Lau, Pilar Gil-Pons+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 17, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 38被引用数 34

ひとこと要約

この論文は、質量 7–10 M⊙ の巨大星およびスーパーアクティブ銀河核星（super-AGB stars）において、包層質量が約 1–2 M⊙ 未塔に低下すると、数値的発散を引き起こす放射圧駆動不安定性を特定している。この不安定性は鉄群元素に起因する吸収率ピークに起因し、局所的な光度がEddington限界を超えることにより発生する。これは、太陽金属量における電子捕獲超新星の発生を防ぐ可能性がある、急速な包層噴出を引き起こす要因となる。

ABSTRACT

The literature is rich in analysis and results related to thermally pulsing-asymptotic giant branch (TP-AGB) stars, but the problem of the instabilities that arise and cause the divergence of models during the late stages of their evolution is rarely addressed. We investigate the physical conditions, causes and consequences of the interruption in the calculations of massive AGB stars in the late thermally-pulsing AGB phase. We have thoroughly analysed the physical structure of a solar metallicity 8.5 solar mass star and described the physical conditions at the base of the convective envelope (BCE) just prior to divergence. We find that the local opacity maximum caused by M-shell electrons of Fe-group elements lead to the accumulation of an energy excess, to the departure of thermal equilibrium conditions at the base of the convective envelope and, eventually, to the divergence of the computed models. For the 8.5 solar mass case we present in this work the divergence occurs when the envelope mass is about 2 solar mass. The remaining envelope masses range between somewhat less than 1 and more than 2 solar mass for stars with initial masses between 7 and 10 solar mass and, therefore, our results are relevant for the evolution and yields of super-AGB stars. If the envelope is ejected as a consequence of the instability we are considering, the occurrence of electron-capture supernovae would be avoided at solar metallicity.

研究の動機と目的

• 質量的および超AGB星の晩期TP-AGBモデルにおける数値収束不能の物理的要因を調査すること。
• 最終質量の決定に重要な役割を果たすにもかかわらず、文献でほとんど注目されていないAGB進化計算の停止を引き起こす不安定性の問題を扱うこと。
• この不安定性が包層噴出を引き起こすのか、単に質量損失を増加させるにとどまるのかを特定し、白色矮星形成および電子捕獲超新星への影響を評価すること。
• 鉄群元素の吸収率ピークが、対流包層の基部における力学的不安定性を引き起こす役割を調べること。
• この不安定性が核合成生成物および超AGB星の最終的運命に与える影響を評価すること。

提案手法

• 太陽金属量の 8.5 M⊙ 星の晩期TP-AGB段階をモデル化するために、Monash星進化コード MONSTAR を使用した。
• 特に密度、温度、光度、圧力比を含む、対流包層の基部（BCE）の物理的状態を追跡した。
• 鉄群元素の吸収率ピーク（M殻電子）が局所的エネルギー過剰を生じさせ、熱的平衡を破壊する役割を分析した。
• 収束不能を遅らせるために対流混合長パラメータ α を変化させ、モデル安定性への影響を検証した。
• 束縛エネルギープロファイルと速度推定値を評価し、包層噴出の可能性を検討した。
• Eddington限界光度およびAGB進化における不安定性に関する先行研究と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 晩期の巨大AGBモデルにおける静水的平衡の破綻を引き起こす物理的メカニズムは何か？
• RQ2 鉄群元素に起因する吸収率ピークが、対流包層の基部における不安定性の発生にどのように寄与するか？
• RQ3 混合長パラメータ α の増加が、数値的発散の発生をどの程度遅らせるか？
• RQ4 この不安定性が急速な包層噴出を引き起こす可能性があり、超AGB星の最終質量および残骸にどのような影響を及えるか？
• RQ5 太陽金属量における電子捕獲超新星の発生確率に、この不安定性がどのように影響を及えるか？

主な発見

• 不安定性は、鉄群元素のM殻電子に起因する局所的吸収率最大値に起因し、対流包層の基部でエネルギー過剰を引き起こす。
• 8.5 M⊙ モデルでは、包層質量が約 2 M⊙ に低下した時点で発散が発生し、7–10 M⊙ の星においても同様の不安定性閾値が得られた。
• 局所的光度がEddington限界を超えることで、ガス圧が負の値を取り、モデルにおける静水的平衡が崩壊する。
• 対流包層内の速度推定値は脱出速度を超えており、束縛エネルギープロファイルから全包層が噴出可能であると示唆される。
• 包層が噴出する場合、太陽金属量では電子捕獲超新星は回避され、その発生に適した質量および金属量範囲が著しく狭まる。
• 1次元静水的コードでは、膨張時のレイノルズ不安定性および密度逆転をモデル化できないため、この不安定性は低く見積もられる可能性がある。