[論文レビュー] Updated Solar Models

P. Morel, J. Provost+1 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 1997

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 6被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、質量損失、微視的拡散、および改良された透過率と状態方程式を組み込んだ更新された太陽モデルを提示しており、太陽振動学的データとの一致が著しく向上している。拡散は太陽標準モデル（SRM）と比較して音速プロファイルでは0.2%以内、密度プロファイルでは1%以内の改善をもたらすが、拡散やオーバーシュート効果だけではリチウムの枯渇を完全に説明できない。質量損失が唯一の説明可能性を持つが、それによってニュートリノ問題が悪化する。

ABSTRACT

Solar models computed with mass loss, microscopic diffusion of helium and heavy elements and with updated physics have been evolved from the pre-main sequence to present days; they are compared to the observational constraints including lithium depletion and to the Solar Reference Model (SRM) of Basu et al. (1996), derived by inversion. Microscopic diffusion significantly improves the agreement with the observed solar frequencies and agree with the SRM within +- 0.2% for the sound velocity and +- 1% for the density, but slightly worsens the neutrino problem. Neither microscopic diffusion nor overshooting explain the observed lithium depletion consistently with helioseismological constraints, while a mass loss process does it. Models computed with OPAL equation of state and opacities are in better agreement with the seimic sound speed. To reach the level of precision of helioseismological observations the accuracy of solar models still needs to be improved by one magnitude; any such improvement will necessitate equation of state and opacity data taking into account of detailed changes in the mixture.

研究の動機と目的

• 質量損失や微視的拡散を含む更新された物理的入力を組み込むことで、太陽モデルの精度を向上させること。
• 微視的拡散とオーバーシュート効果が観測されたリチウムの枯渇を説明できるかどうか、かつ太陽振動学的制約を満たすかどうかを検証すること。
• OPAL状態方程式および透過率データの改良がモデル精度に与える影響を評価すること。
• 太陽振動学的逆問題から導かれた太陽標準モデル（SRM）とモデルがどの程度一致するかを評価すること。
• 残存する不一致、特にニュートリノ問題とリチウムの枯渇の原因を特定すること。

提案手法

• 質量損失や元素拡散を含む更新された物理的入力を用いて、原始系列から現在の太陽に至るまでの太陽モデルを進化させた。
• 熱力学的および放射的性質の向上のため、OPAL状態方程式および透過率表を組み込んだ。
• 太陽内部における元素分離を模擬するために、ヘリウムおよび重金属の微視的拡散を適用した。
• 太陽振動学的データ、特に音速および密度プロファイルとモデル予測を比較し、太陽標準モデル（SRM）を基準として用いた。
• リチウムの枯渇およびニュートリノフラックスといった観測的制約とモデルの整合性を評価した。
• 後処理分析を用いてモデルの精度を評価し、音速に関しては±0.2%以内、密度に関しては±1%以内のSRMからのずれに注目した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 微視的拡散は、太陽振動学的音速および密度プロファイルとの一致をどの程度向上させるか？
• RQ2 微視的拡散またはオーバーシュート効果は、太陽振動学的制約を満たしつつ、観測されたリチウムの枯渇を一貫して説明できるか？
• RQ3 質量損失プロセスは、拡散やオーバーシュート効果よりもリチウムの枯渇をよりよく説明できるか？
• RQ4 OPAL状態方程式および透過率を用いたモデルは、SRMと比較して音速および密度の精度においてどの程度優れているか？
• RQ5 なぜ質量損失や拡散の導入が、太陽ニュートリノ問題を解決しないのか？

主な発見

• 微視的拡散により、太陽振動学的データとの一致が向上し、音速に関してはSRMと±0.2%以内、密度に関しては±1%以内の一致が達成された。
• OPAL状態方程式および透過率を組み込んだモデルは、従来のモデルに比べて観測された振動学的音速とより良好に一致した。
• 微視的拡散やオーバーシュート効果の両方とも、太陽振動学的制約を満たしつつ観測されたリチウムの枯渇を一貫して説明できない。
• リチウムの枯渇を説明するには、質量損失プロセスが不可欠であることが判明したが、それによって太陽ニュートリノ問題が悪化する。
• 改善が見られたが、依然としてモデルの精度は、太陽振動学的観測を必要なレベルで再現するには不十分であり、状態方程式および透過率データに1桁の改善が必要である。
• 本研究は、今後のモデル精度が、組成に依存する詳細な状態方程式および透過率表の変更に大きく依存することを結論づけた。