[논문 리뷰] Solar model with CNO revised abundances

J. Montalbán, A. Miglio외 4명|arXiv (Cornell University)|2004. 08. 03.

Solar and Space Plasma Dynamics인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 Asplund 등(2004)의 재수정된 CNO 원소 농도로 인한 태양 모델의 이질성 문제를 조사하며, 얕은 대류권과 낮은 표면 He 농도가 지속됨을 발견한다. 헬리오세이즘 데이터를 보정하기 위해 저자들은 대류권 기저에서 7%의 투과도 증가와 50% 향상된 확산 속도를 제안하여 음속 프로파일의 개선과 관측된 대류권 깊이(0.713 R☉) 및 표면 He 농도(Y_s ≈ 0.248)와의 일치를 달성한다.

ABSTRACT

Recent three-dimensional, NLTE analyses of the solar spectrum have shown a significant reduction in the C, N, O and Ne abundances leading to a Z/X ratio of the order of 0.0177. We have computed solar models with this new mixture in the OPAL opacity tables. The present He abundance we find seems rather consistent with the helioseismic value. However, the convective envelope is too shallow, and diffusion, even if it reduces the discrepancy, is not able to give the current value. We present some numerical experiments consisting in changing the diffusion velocities and/or the value of opacity at the base of the convective envelope.

연구 동기 및 목표

• 재수정된 CNO 농도를 사용하여 헬리오세이즘 음속 프로파일과 태양 모델 간의 지속적인 불일치를 해결한다.
• 투과도 조정과 향상된 확산이 이론적 모델과 관측된 태양 구조 간의 일치를 이끌 수 있는지 조사한다.
• Asplund 등(2004b)의 업데이트된 C, N, O, Ne 농도가 대류권 깊이 및 표면 He 농도와 같은 태양 내부 특성에 미치는 영향을 평가한다.
• 다양한 투과도 표와 확산 계수를 사용한 모델 캘리브레이션의 탄력성을 테스트한다.

제안 방법

• OPAL01 상태방정식과 OPAL96 투과도 표를 사용한 CLES 별진화 코드로 태양 모델을 구축하였으며, T < 6000 K 영역에는 Alexander & Ferguson(1994)의 자료를 보완으로 사용하였다.
• Asplund 등(2004b)의 재수정된 C, N, O, Ne 농도를 적용하여 새로운 상태방정식과 투과도 표를 생성하였다.
• 모든 원소에 대해 MLT 대류 처리와 Thoul 등(1994)의 형식을 사용한 미세한 확산을 적용하였다.
• 대류권 기저에서의 투과도를 세 가지 방법으로 체계적으로 변화시켰다: Seaton(2004) 보정, Bahcall(2004)의 제안(14% 증가), 최종 모델에서의 7% 증가.
• 모델 출력의 민감도를 테스트하기 위해 확산 속도를 1.5배와 2.0배로 조정하였다.
• 대류권 깊이(R_cz ≈ 0.713 R☉)와 표면 He 농도(Y_s ≈ 0.248)에 대한 헬리오세이즘 제약 조건을 사용해 모델을 캘리브레이션하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 재수정된 CNO 농도(Asplund 등, 2004)는 태양 모델과 헬리오세이즘 관측치 간의 일치를 어느 정도 손상시키는가?
• RQ2 대류권 기저에서의 투과도를 중간 수준으로 증가시켜(7–14%) 이론적 및 관측된 음속 프로파일 간의 일치를 향상시킬 수 있는가?
• RQ3 확산 속도를 50% 향상시키면 대류권 깊이 및 표면 He 농도의 불일치를 줄일 수 있는가?
• RQ4 재수정된 화학 조성 하에서 투과도와 확산 조정의 어떤 조합이 헬리오세이즘 데이터와 가장 잘 일치하는가?

주요 결과

• 재수정된 CNO 농도를 적용한 모델(S2)은 헬리오세이즘 값인 0.713 R☉보다 훨씬 얕은 대류권 깊이(0.727 R☉)를 나타낸다.
• 대류권 기저에서 14% 투과도 증가(Bahcall 1 모델)는 음속 일치를 개선하지만 여전히 관측된 프로파일을 완전히 따라가지 못한다.
• 확산 속도를 2배로 증가시킨 모델(D1)은 음속 불일치를 줄이며, 대류권 깊이를 0.714 R☉로 산출한다.
• 7% 투과도 증가와 50% 향상된 확산 속도를 조합한 모델(D2 및 D3)은 헬리오세이즘 데이터와 가장 잘 일치하며, R_cz = 0.717 R☉ 및 Y_s = 0.248을 도출한다.
• 최적의 적합 모델에서의 표면 He 농도(Y_s ≈ 0.248)는 헬리오세이즘 값(0.248)과 매우 유사하여 일관성을 보인다.
• 업데이트된 14N(p,γ)15O S-요구량(Formicola & Luna, 2004)은 모델 캘리브레이션 또는 음속 프로파일에 유의미한 영향을 미치지 않았다.