[논문 리뷰] Abundance anomalies in pre-main-sequence stars: Stellar evolution models with mass loss

M. Vick, G. Michaud외 2명|arXiv (Cornell University)|2010. 11. 08.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 34인용 수 20

한 줄 요약

이 논문은 주계열 이전 A 및 F 항성에서 원자 확산과 약한 질량 손실이 HAeBe 및 젊은 Ap/Bp 항성에서 관측된 표면 성분 비정상성들을 재현할 수 있음을 보여준다. 모델들은 표면 근처에서의 화학적 분리가 수백만 년 내로 검출 가능한 비정상성을 유도함을 시사하며, 이러한 효과에 대해 난류가 필수적일 필요가 없음을 도전하고 있으며, 질량 손실은 비정상성의 진폭을 조절하지만 그 발생에 필수적이지는 않다.

ABSTRACT

The effects of atomic diffusion on internal and surface abundances of A and F pre-main-sequence stars with mass loss are studied in order to determine at what age the effects materialize, as well as to further understand the processes at play in HAeBe and young ApBp stars. Self-consistent stellar evolution models of 1.5 to 2.8Msun with atomic diffusion (including radiative accelerations) for all species within the OPAL opacity database were computed and compared to observations of HAeBe stars. Atomic diffusion in the presence of weak mass loss can explain the observed abundance anomalies of pre-main-sequence stars, as well as the presence of binary systems with metal rich primaries and chemically normal secondaries such as V380 Ori and HD72106. This is in contrast to turbulence models which do not allow for abundance anomalies to develop on the pre-main-sequence. The age at which anomalies can appear depends on stellar mass. For A and F stars, the effects of atomic diffusion can modify both the internal and surface abundances before the onset of the MS. The appearance of important surface abundance anomalies on the pre-main-sequence does not require mass loss, though the mass loss rate affects their amplitude. Observational tests are suggested to decipher the effects of mass loss from those of turbulent mixing. If abundance anomalies are confirmed in pre-main-sequence stars they would severely limit the role of turbulence in these stars.

연구 동기 및 목표

• 주계열 이전(PMS) 항성에서 관측된 성분 비정상성을 원자 확산과 질량 손실이 어떻게 설명할 수 있는지 조사하기.
• PMS 진화 동안 표면 성분 비정상성이 처음 나타나는 시기를 결정하기.
• 복사 영역에서 원자 확산에 대비하는 주요 경쟁 과정으로서 질량 손실 또는 난류 중 어느 것이 더 우세한지 테스트하기.
• V380 Ori 및 HD72106와 같은 이중성계에서 주성은 금속 농도가 높고, 보조성이 정상적인 경우에 화학적 분리의 역할 평가하기.
• 관측된 자기장과 첨착 현상과 관련하여 항성 진화 모델과 대기 보정에 미치는 영향 평가하기.

제안 방법

• OPAL 투과도 데이터베이스에 포함된 모든 종류의 원소에 대해 복사 가속도를 고려한 원자 확산을 포함한 1.5에서 2.8 M☉ 크기의 A 및 F형 항성에 대해 항성 진화 모델을 계산함.
• 주계열 이전 단계 동안 약한 연속적 질량 손실를 모사하기 위해 질량 손실율을 5×10⁻¹⁴에서 10⁻¹³ M☉ yr⁻¹ 범위로 설정함.
• 모델들은 주계열 이전 단계에서 시작하여 주계열에 도달할 때까지 표면 및 내부 성분 변화를 시간에 따라 추적함.
• HAeBe 항성과 V380 Ori, HD72106와 같은 이중성계에서의 관측된 표면 성분과 모델을 비교함.
• 특히 log ΔM/M* ≈ -5에서 -6 범위에서 깊이에 따른 화학적 분리를 분석하여 표면 비정상성 형성에 미치는 영향 평가함.
• 자기장, 첨착, 자전의 영향은 복잡성과 파rameter 제약으로 인해 완전히 모델링되지 않았지만, 보조적 영향으로 고려함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 원자 확산과 질량 손실이 작용할 때 주계열 이전 A 및 F 항성에서 성분 비정상성이 처음 나타나는 연령는 언제인가요?
• RQ2 강한 난류가 필요 없이 약한 질량 손실이 HAeBe 및 젊은 Ap/Bp 항성에서 관측된 표면 성분 비정상성을 설명할 수 있는가요?
• RQ3 V380 Ori 및 HD72106와 같은 일부 이중성계에서 금속 농도가 높은 주성과 화학적으로 정상적인 보조성을 관측할 수 있는 이유는 무엇이며, 이는 확산과 질량 손실로 설명될 수 있는가요?
• RQ4 원자 확산, 질량 손실, 대류 간의 상호작용이 표면 성분 비정상성의 시기와 진폭에 어떻게 영향을 미치는가요?
• RQ5 PMS 항성에서 관측된 성분 패턴은 강한 난류 혼합과 같은 비정상적인 과정을 도입하지 않고도 원자 확산 모델로 설명할 수 있는가요?

주요 결과

• 약한 질량 손실가 있는 원자 확산은 주계열 이전 A 및 F 항성에서 관측된 성분 비정상성, 특히 HAeBe 및 젊은 Ap/Bp 항성에서의 비정상성을 재현할 수 있음.
• 성분 비정상성은 주계열 이전 단계에서 수백만 년 내로 나타나며, 이 시기는 항성 질량에 따라 달라지며, 2.8 M☉ 항성의 경우 3–5 Myr 내로 검출 가능해짐.
• V380 Ori 및 HD72106와 같은 이중성계에서 금속 농도가 높은 주성과 화학적으로 정상적인 보조성을 관측하는 것은 원자 확산과 질량 손실가 주요 메커니즘으로 일관되며, 난류가 아님.
• 질량 손실은 표면 성분 비정상성의 진폭을 조절하지만 그 발생에 필수적이지는 않으며, 확산만으로도 주계열 이전 단계에서 비정상성을 생성할 수 있음.
• PMS 항성에서 관측된 성분 패턴은 난류 모델과 부합하지 않으며, 주계열 이전 단계에서 비정상성을 생성하지 못함으로써 난류의 이러한 항성에서의 역할을 도전함.
• 질량 손실과 난류 혼합의 영향을 분리하기 위한 관측적 테스트를 제안하며, 주로 항성진동학과 정밀한 원소 성분 측정이 핵심 도구로 사용됨.