[論文レビュー] TP-AGB stars with envelope burning

P. Marigo, A. Bressan+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 9, 1997

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、中質量（4–5 M⊙）の熱的パulsationを示す赤色超巨星（TP-AGB）星が包層燃焼を経験する際の進化を、完全なTP-AGBモデルと簡略化された包層構造を組み合わせた半アナリティカルモデルを用いて調査している。その結果、このような星はチャンドラセカールの光度限界を超えることなく、高い光度（Mbol ≈ -6 から -7）に達することが判明した。また、Mbol ≈ -6.5 より明るい炭素星は形成されず、星族合成モデル用に新しい一次的および二次的CNO元素のヨーイドが得られた。

ABSTRACT

In this paper we focus on the TP-AGB evolution of intermediate-mass stars experiencing envelope burning (M=4-5Mo). The approach we have adopted is a semi-analytical one as it combines analytical relationships derived from complete models of TP-AGB stars with sole envelope models in which the physical structure is calculated from the photosphere down to the core. Our efforts are directed to analyse the effects produced by envelope burning, such as: i) the energy contribution which may drive significant deviations from the standard core mass-luminosity relationship; and ii) the changes in the surface chemical composition due to nuclear burning via the CNO cycle. Evolutionary models for stars with initial mass of 4.0, 4.5, 5.0 Mo and two choices of the initial chemical composition ([Y=0.28,Z=0.02] and [Y=0.25,Z=0.008]) are calculated from the first thermal pulse till the complete ejection of the envelope. We find that massive TP-AGB stars can rapidly reach high luminosities (-6>Mbol>-7), without exceeding, however, the classical limit to the AGB luminosity of Mbol~-7.1 corresponding to the Chandrasekhar value of the core mass. No carbon stars brighter than Mbol~-6.5 are predicted to form (the alternative of a possible transition from M-star to C-star during the final pulses is also explored), in agreement with observations which indicate that most of the very luminous AGB stars are oxygen-rich. Finally, new chemical yields from stars in the mass range 4-5 Mo are presented, so as to extend the sets of stellar yields from low-mass stars already calculated by Marigo et al. (1996). For each CNO element we give both the secondary and the primary components.

研究の動機と目的

• 中質量TP-AGB星の光度および化学的進化に与える包層燃焼の影響を理解すること。
• 質量の大きなTP-AGB星が、チャンドラセカール核質量が定める古典的光度限界（Mbol ≈ -7.1）を超える可能性があるかどうかを特定すること。
• 4–5 M⊙の範囲における炭素星の形成を評価し、酸素豊富で明るいAGB星の観測結果と照らし合わせること。
• 星族合成モデルに使用するため、CNO元素の新しい星間物質ヨーイドを、一次的および二次的寄与に区別して計算すること。

提案手法

• 完全なTP-AGB進化モデルと、光球面から核までをカバーする簡略化された包層モデルを組み合わせた半アナリティカル手法を用いる。
• 完全モデルから導出された解析的関係式を用いて包層の物理的構造を計算し、エネルギー輸送および核反応の効率的計算を可能にする。
• 包層におけるCNOサイクルをモデル化し、特に炭素、窒素、酸素同位体の表面組成の変化を追跡する。
• 初期質量4.0、4.5、5.0 M⊙の星について、2つの初期組成（Z = 0.02 および Z = 0.008）を想定し、最初の熱的パルスから包層完全噴出までを進化させる。
• ボリオメトリック補正を用いて光度および等級を計算し、包層燃焼下での核質量-光度関係を検証する。
• 核合成経路に基づいて、各CNO元素のヨーイドを一次的および二次的成分に分解して抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期質量4–5 M⊙のTP-AGB星が、包層燃焼によって古典的光度限界（Mbol ≈ -7.1）を超える可能性があるか？
• RQ2 包層噴出以前に、このような星が達する最大ボリオメトリック等級は何か？ また、観測された明るいAGB星と整合するか？
• RQ3 4–5 M⊙の範囲では、Mbol ≈ -6.5 より明るい炭素星が形成されるか、あるいは炭素豊富な状態への移行が抑制されるか？
• RQ4 TP-AGB段階における包層内CNO燃焼によって、C、N、Oの表面組成はどのように変化するか？
• RQ5 4–5 M⊙の星から生じるCNO元素のヨーイドにおける一次的および二次的寄与は何か？

主な発見

• 包層燃焼を経験する質量の大きなTP-AGB星は、Mbol ≈ -6.5 から -7 の光度に達するが、チャンドラセカールの光度限界（Mbol ≈ -7.1）を超えることはない。
• 4–5 M⊙の範囲では、Mbol ≈ -6.5 より明るい炭素星は予測されず、明るいAGB星が主に酸素豊富であるという観測結果と整合する。
• 包層燃焼によるエネルギー寄与は、特に晩期TP-AGB段階における光度進化において、標準的な核質量-光度関係からの顕著なずれを引き起こす。
• CNOサイクルの進行により、12Cの表面濃度は低下し、14Nの濃度は増加するが、その強度は初期金属量および質量に依存する。
• C、N、Oおよびその同位体について、一次的および二次的寄与を含めた新しいヨーイドが計算され、従来の低質量モデルに比べて中質量星の星間物質ヨーイドセットが拡張された。
• モデルは、非常に明るい炭素星の希少性を支持しており、包層燃焼が高光度において炭素豊富な大気の形成を抑制するという観測事実を説明できる。