[論文レビュー] Zero-metallicity stars II. Evolution of very massive objects with mass loss

Paola Marigo, C. Chiosi+1 more|ArXiv.org|Dec 3, 2002

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 50被引用数 53

ひとこと要約

本研究では、放射圧および回転に起因する質量損失を組み込んだ、ゼロ金属量の非常に質量の大きな星（120–1000 M☉）の進化モデルを提示する。放射圧駆動の風は750 M☉を超える星を除き効率が低く、回転はΩΓ限界付近で一時的かつ激しい質量損失を引き起こす可能性がある。特に質量の大きなモデルではヘリウムおよびCNOの大幅な豊度上昇が予想される。

ABSTRACT

We present evolutionary models of zero-metallicity very massive objects, with initial masses in the range 120 Msun -- 1000 Msun, covering their quiescent evolution up to central carbon ignition. In the attempt of exploring the possible occurrence of mass loss by stellar winds, calculations are carried out with recently-developed formalisms for the mass-loss rates driven by radiation pressure (Kudritzki 2002) and stellar rotation (Maeder & Meynet 2000).The study completes the previous analysis by Marigo et al. (2001) on the constant-mass evolution of primordial stars. Our results indicate that radiation pressure (assuming a minimum metallicity Z = 10^{-4} Zsun)is not an efficient driving force of mass loss, except for very massive stars with M >= 750 Msun. On the other hand, stellar rotation might play a crucial role in triggering powerful stellar winds, once the (Omega-Gamma)-limit is approached. However, this critical condition of intense mass loss can be maintained just for short, as the loss of angular momentum due to mass ejection quickly leads to the spinning down of the star. As by-product to the present work, the wind chemical yields from massive zero-metallicity stars are presented. The helium and metal enrichments, and the resulting Delta(Y)/Delta(Z) ratio are briefly discussed.

研究の動機と目的

• 中心炭素 ignitions までに、ゼロ金属量の非常に質量の大きな星（120–1000 M☉）の静穏進化をモデル化すること。
• 金属のない質量の大きな星において、放射圧および星の回転が質量損失を駆動する効率を評価すること。
• このような星が初期宇宙における化学的ヨーイドおよび豊度上昇の可能性を評価すること。
• ゼロ金属量の星族の等時曲線セットを、非常に若い年齢および高質量の終端点を含むように拡張すること。

提案手法

• 水素およびヘリウム燃焼段階をカバーする詳細な星進化コードを用いたゼロ金属量星の進化モデル。
• Kudritzki (2002)形式を用いて放射駆動の質量損失を組み込み、放射加速度を評価するため、最小金属量Z = 10⁻⁴ Z☉を仮定。
• Maeder & Meynet (2000)形式を用いて回転駆動の質量損失を適用し、臨界質量噴出のためのΩΓ限界条件を含む。
• 質量損失に伴う角運動量損失を追跡し、回転駆動の質量損失の持続可能性を評価。
• 10⁴から10¹⁰.²⁵ yrの年齢、0.05 dexの間隔で、Hertzsprung-Russell図における理論的等時曲線を構築。
• 風によるヨーイドと超新星ヨーイドを組み合わせ、銀河間媒体におけるヘリウムおよび金属の網羅的豊度上昇を推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 放射圧のみでゼロ金属量の非常に質量の大きな星に顕著な質量損失が引き起こされるか？
• RQ2 星の回転が金属のない質量の大きな星において、強力で持続的な質量損失を引き起こす程度はどの程度か？
• RQ3 このような原始星の風から生じる化学的ヨーイド、特にヘリウムおよびCNO元素のものは何か？
• RQ4 予測された風ヨーイドは、初期宇宙における原始的ヘリウム含有量および金属の豊度上昇にどのように影響を与えるか？
• RQ5 このような質量の大きな星が観測されたΔY/ΔZ比に及ぼす影響および原始的含有量の解釈に与える影響は何か？

主な発見

• ゼロ金属量星において、750 M☉未満では、最小金属量Z = 10⁻⁴ Z☉を仮定しても、放射圧による質量損失は無視できるほど効果が薄い。
• 初期質量が750 M☉以上である星にのみ顕著な放射質量損失が見られ、この閾値を超えると質量損失率が急激に上昇する。
• 星の回転はΩΓ限界付近で激しい質量損失を引き起こすが、急速な回転減衰のため、短時間にしか続かない。
• 1000 M☉モデルでは、対流混合により表面でCNO元素が豊富化し、低質量モデルとは異なり、これらの元素によるより高い質量損失が可能になる。
• 非常に質量の大きな星（約1000 M☉）の集団はヘリウム豊度上昇ΔY ≈ 0.01をもたらす可能性があり、これは約10％のガスから星への変換効率を要する。
• 標準的なSalpeter IMFのもとでは、ヘリウム豊度上昇は無視できる（ΔY ≈ 0）が、観測限界に一致させるには極めて低い星形成効率（約0.01–0.1％）が必要となる。