[논문 리뷰] Galactic chemical enrichment with new metallicity dependent yields

L. Portinari, C. Chiosi외 1명|ArXiv.org|1997. 11. 27.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 1인용 수 27

한 줄 요약

이 논문은 6–120 M⊙ 범위의 거대 별에 대해 다섯 가지 금속성도(Z = 0.0004에서 0.05)에서 금속성도에 따라 변하는 별의 물질 방출량을 포함하는 새로운 균일한 격자 모델을 제시한다. 이는 대류 초월과 침체기 질량 손실을 고려한 Padova의 진화 궤적에서 유도된 것으로, 태양계 근처의 화학적 진화 모델에 통합되어 초기 조성의 영향을 고려함으로써 관측된 원소 농도 패턴과의 일치도를 향상시킨다.

ABSTRACT

New detailed stellar yields of several elemental species are derived for massive stars in a wide range of masses (from 6 to 120 Msol) and metallicities (Z= 0.0004, 0.004, 0.008, 0.02, 0.05). Our calculations are based on the Padova evolutionary tracks and take into account recent results on stellar evolution, such as overshooting and quiescent mass-loss, paying major attention to the effects of the initial chemical composition of the star. We finally include modern results on explosive nucleosynthesis in SNae by Woosley & Weaver 1995. The issue of the chemical yields of Very Massive Objects (from 120 to 1000 Msol) is also addressed. Our grid of stellar yields for massive stars is complementary to the results by Marigo et al. (1996, 1997) on the evolution and nucleosynthesis of low and intermediate mass stars, also based on the Padova evolutionary tracks. Altogether, they represent a complete set of stellar yields of unprecedented homogeneity and self-consistency. Our new stellar yields are inserted in a code for the chemical evolution of the Galactic disc with infall of primordial gas, according to the formulation first suggested by Talbot & Arnett (1971, 1973, 1975) and Chiosi (1980). As a first application, the code is used to develop a model of the chemical evolution of the Solar Vicinity, with a detailed comparison to the available observational constraints.

연구 동기 및 목표

• 다양한 금속성도에서 거대 별에 대한 자기 일관성 있고 균일한 별 물질 방출량 격자를 개발하여 이전 모델에서 금속성도 의존성 방출량의 부족을 보완한다.
• 대류 초월, 침체기 질량 손실, 그리고 현대적인 초신성 핵합성(Woosley & Weaver 1995)의 영향을 방출량 계산에 통합한다.
• 은하 화학 진화 모델의 응용을 위해 매우 거대 별(120–1000 M⊙)까지의 방출량 격자를 확장한다.
• 자기 일관성 있는 방출량 세트를 사용하여 태양계 근처의 관측 제약 조건에 기반해 화학적 진화 모델을 校정하고 시험한다.
• 초기 조성과 원소 방출량을 연결하는 Qij 행렬 형식을 구현하여 변화하는 간성간 매질 조성에 따라 복귀 분율을 동적으로 조정할 수 있도록 한다.

제안 방법

• 6에서 120 M⊙ 사이의 별에 대해 다섯 가지 금속성도(Z = 0.0004, 0.004, 0.008, 0.02, 0.05)에서 Padova 진화 궤적(Bressan et al. 1993; Fagotto et al. 1994)을 사용한다.
• 방출량 계산에 영향을 주는 영구 주계열성 시작 시점(Zero-Age Main Sequence, ZAMS)부터의 대류 초월과 침체기 질량 손실을 통합한다.
• 폭발 단계에 대해 Woosley & Weaver(1995)의 현대 초신성 핵합성 방출량을 적용한다.
• 각 원소의 방출량이 핵합성 원천과 初기 조성과 연결되는 Qij 행렬 형식을 사용하여 방출 물질 분율을 유도한다.
• Talbot & Arnett(1971)의 수식을 사용하여 은하 디스크의 화학적 진화 모델을 구축하며, 업데이트된 별 방출량을 적용한다.
• 별의 탄생 시점에 따라 복귀 분율 R_Mi(t−τ_M)를 계산하며, Z 의존성 Qij 행렬과 변화하는 초기 농도 X_j(t−τ_M)를 통합한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 금속성도와 초기 조성이 특히 C, N, O, Ne, Mg, Si, S, Fe의 방출량에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 대류 초월과 침체기 질량 손실이 거대 별이 방출하는 최종 원소 농도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 매우 거대 별(120–1000 M⊙)의 방출량은 초기 은하 화학적 농도에 어떤 기여를 하는가?
• RQ4 금속성도 의존성 방출량 격자가 태양계 근처의 관측 원소 농도 데이터와 화학적 진화 모델 간의 일치도를 어느 정도 향상시키는가?
• RQ5 Qij 행렬 형식은 초기 조성의 영향을 화학적 진화 모델 전반에 걸쳐 효과적으로 전파할 수 있는가? 이를 통해 자기 일관성 있는 방출량 스케일링이 가능할까?

주요 결과

• 새로운 방출량 격자는 금속성도가 C, N, O, Fe의 방출 질량 분율에 상당한 영향을 미치며, 특히 Z ≥ 0.008인 거대 별에서 두드러진다.
• 침체기 질량 손실을 고려함으로써 거대 별의 최종 질량이 감소하고, 특히 C 및 N 동위원소의 방출 성분이 변화한다.
• 초신성 방출량은 전기 폭발 상태의 구조에 민감하며, 이는 금속성도와 질량 손실에 따라 달라지므로 Si, S, Fe 군 원소의 방출에 변화를 초래한다.
• 태양계 근처에서 관측된 농도 비율([O/Fe], [C/Fe], [N/O] 등)을 태양 조성 전용 방출량을 사용하는 모델보다 더 정확하게 재현한다.
• Qij 행렬 형식은 변화하는 간성간 매질 조성에 따라 방출량 스케일링을 동적으로 가능하게 하여 모델의 관측 농도 경향과의 일치도를 향상시킨다.
• 매우 거대 별의 방출량(최대 1000 M⊙)을 포함함으로써 금속 농도가 낮은 천체에서의 초기 무거운 원소 농도 증가에 타당한 메커니즘을 제공하지만, 그 기여도는 아직 불확실하다.