[논문 리뷰] The evolution of AGB stars with convective overshoot

Falk Herwig|arXiv (Cornell University)|2000. 07. 11.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 2인용 수 23

한 줄 요약

이 논문은 점진적 거대행성(AGB) 별의 진화에 영향을 미치는 시간에 따라 변하는 대류 초월 현상의 영향을 조사한다. 특히 헬륨 폭발과 대기권 대류 기간 동안 대류 경계에서 확장된 혼합이 구조적 및 화학적 진화에 어떻게 영향을 미치는지에 중점을 둔다. 주요 결과는 초월 현상이 제3의 덮개 올림을 크게 향상시켜 저질량 AGB 별이 탄소-rich가 되게 하고, s-과정 핵합성에 필요한 $^{13}$C 페치의 형성을 촉진한다는 것이다.

ABSTRACT

The influence of extended convective mixing (overshoot) on asymptotic giant branch stellar evolution is investigated in detail. The extended mixing is treated time-dependently, and the efficiency declines exponentially with the geometric distance from the convective boundary. It has been considered at all convective boundaries, including the He-flash convection zone in the intershell region which forms during the thermal pulses. Both the structural and the chemical evolution are affected by the inclusion of overshoot. The main results include a very efficient third dredge-up which leads to the formation of carbon stars of low mass and luminosity. A C13 pocket which may serve as a neutron source for the s-process can form after the third dredge-up has reached into the C12 rich intershell. Overshoot applied to the pulse-driven convective zone during the He-flash leads to a deeper penetration of the bottom of this convective zone into the C/O core below the He-burning shell. This in turn causes He4 to be less abundant in the intershell while C12 and O16 are more abundant compared to calculations without overshoot. We show that overshoot at the He-flash convection zone as well as at the base of the envelope convection enhance the efficiency of the third dredge-up. Characteristic properties of the structural and chemical evolution of AGB stars are presented.

연구 동기 및 목표

• 대류 초월 현상이 AGB 별의 구조적 및 화학적 진화에 어떻게 영향을 미치는지 이해하기 위해.
• 특히 추가 혼합이 없는 저질량 별에서 충분한 제3의 덮개 올림이 부족한 AGB 모델 간의 모순을 해결하기 위해.
• 헬륨 폭발 기간 동안 대기권 대류 영역의 기저와 펄스 구동 대류 영역에서의 초월 현상의 역할을 검토하기 위해.
• 표면 농도 진화, 특히 이sovotope 비율과 s-과정 핵합성에 대한 초월 현상의 영향을 평가하기 위해.
• 초월 현상이 탄소 별과 후-AGB 별의 관측 결과와 모델 예측 간의 불일치를 해결할 수 있는지 판단하기 위해.

제안 방법

• 모든 대류 경계에서 시간에 따라 변하는 지수적 확산 초월 현상이 적용되며, 효율성은 대류 경계에서 떨어질수록 지수적으로 감소한다.
• 비국소적이고 시간에 따라 변하는 대류 및 초월 현상 물리학을 통합한 세밀한 별진화 코드를 사용하여 별진화 모델을 계산한다.
• 헬륨 폭발 기간 동안 대기권 대류 영역의 기저와 펄스 구동 대류 영역(PDCZ)의 바닥에 초월 현상을 적용한다.
• 핵 질량, 온도 프로파일, 농도 분포의 변화를 추적하며, 특히 $^{12}$C, $^{16}$O, $^{13}$C 및 이sovotope 비율에 중점을 둔다.
• 열 펄스 기간 동안 화학적 진화를 모니터링하며, 덮개 올림 효율성과 $^{13}$C 및 $^{14}$N 페치 형성에 초점을 맞춘다.
• 초월 현상이 있는 모델과 없는 모델 간의 비교를 통해 표면 농도와 핵합성에 미치는 영향을 분리한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대기권 대류 영역 기저에서의 대류 초월 현상은 저질량 AGB 별의 제3의 덮개 올림 효율성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 헬륨 폭발 기간 동안 펄스 구동 대류 영역에서의 초월 현상은 내각과 핵의 조성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 초월 현상은 s-과정의 핵심 중성자 원천인 $^{13}$C 페치의 형성과 특성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 초월 현상은 AGB 별의 표면 산소, 마그네슘, 탄소의 이sovotope 비율을 어느 정도 변화시키는가?
• RQ5 초월 현상은 탄소 별과 후-AGB 별의 관측 결과와 AGB 모델 예측 간의 불일치를 해결할 수 있는가?

주요 결과

• 대기권 대류 영역 기저에서의 초월 현상은 제3의 덮개 올림을 크게 향상시켜, 저질량 AGB 별이 낮은 빛의 세기에서도 탄소-rich가 되도록 한다.
• 초월 현상을 포함한 모델은 초월 현상이 없는 모델 대비 덮개 올림된 물질 내 $^{16}$O 농도를 5배에서 10배까지 증가시킨다.
• 헬륨 폭발 대류 영역에서의 초월 현상은 C/O 핵으로 더 깊이 침투하여 $^{4}$He 농도를 감소시키고, 내각에서 $^{12}$C와 $^{16}$O 농도를 증가시킨다.
• 3–4 M$_{\odot}$ 모델에서 첫 12개의 열 펄스 기간 동안 $^{24}$Mg/$^{25}$Mg 및 $^{24}$Mg/$^{26}$Mg 이sovotope 비율이 38–40% 감소하여, PDCZ 기저에서 더 높은 온도가 존재함을 시사한다.
• 초월 현상은 제3의 덮개 올림 이후 외피와 핵의 경계에서 $^{13}$C 페치의 형성을 가능하게 하여 s-과정에 지속적인 중성자 원천을 제공한다.
• 초월 현상 모델에서는 고급 열 펄스 기간 동안 핵 질량이 일정하거나 감소하는 반면, 초월 현상이 없는 모델에서는 그렇지 않으며, 이는 H가 부족한 후-AGB 별의 관측 결과와 일치한다.