[논문 리뷰] White Dwarf cooling Sequences, II: luminosity functions

P. G. Prada Moroni, O. Straniero|ArXiv.org|2007. 02. 15.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 56인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 흑색왜성( WD ) 냉각 모델이 오래된 은하계 별 집단에서 천체시계로 사용될 수 있는 정확도를 분석하기 위해, 도전성 투과도, 탄소-산소 핵 농도, 초기-최종 질량 관계의 다양한 가정 하에서 밝기 함수(LF)를 평가한다. 연구 결과, 도전성 투과도가 연령 추정치에 약 10%의 불확실성을 유발하며, 탄소 농도 기여도는 5% 미만이며, 초기-최종 질량 관계는 최대 8%의 연령 불확실성을 초래하는 반면, IMF는 LF의 피크 위치에 거의 영향을 주지 않는 것으로 나타났다.

ABSTRACT

Given the importance of white dwarfs (WDs) in many fields of modern astrophysics, the precise knowledge of the actual degree of accuracy of the associated theoretical predictions is a primary task. In the first paper of a series dedicated to the modeling of WD structure and evolution we discussed the limits of the available theoretical studies of cooling sequences. In the present work we extend this analysis to isochrones and luminosity functions of WDs belonging to old stellar systems, like globular or old disk clusters. The discussion is focused on the most common DA, those with a CO core and an H-rich envelope. We discuss, in particular, the variation of the age derived from the observed WD sequence caused by different assumptions about the conductive opacity as well as that induced by changing the carbon abundance in the core. The former causes a global uncertainty of the order of 10% and the latter of about 5%. We discuss different choices of the initial-to-final mass relation, which induces an uncertainty of 8% on the GC age estimate.

연구 동기 및 목표

• 오래된 은하계 별 집단(예: 구형성단)에서 백색왜성 냉각 모델이 천체시계로 신뢰할 수 있는지 평가하기 위해.
• 이론적 입력 물리량의 변동으로 인해 백색왜성 밝기 함수에서 유도된 연령 추정치의 불확실성 정량화하기 위해.
• 부분적으로 디그레드된 핵 내 도전성 투과도, 탄소-산소 농도, 그리고 초기-최종 질량 관계가 밝기 함수의 형태와 피크 위치에 미치는 영향 평가하기 위해.
• 초기 질량 함수(IMF)와 금속성의 변화가 백색왜성 밝기 함수에서 유도된 연령에 어떤 영향을 미치는지 평가하기 위해.
• 구형성단에서 백색왜성 기반 연령 결정에 대한 종합적인 불확실성 예산 제공하기 위해.

제안 방법

• 0.5에서 0.9 M☉ 사이의 질량을 가진 탄소-산소 백색왜성 모델 격자 계산을 수행하며, 도전성 투과도와 핵 C/O 프로파일을 변화시켰다.
• HST/ACS 투과 곡선을 사용하여 다중 광학 대역(U, B, V, I)에서 백색왜성 등등선과 밝기 함수(LF)를 생성하였다.
• 초기-최종 질량 관계에 대한 다양한 규정을 비교하였다: 경험적(Weidemann), 반경험적(Girardi 등), 그리고 진화적(Hurley 등).
• 초기 질량 함수(IMF) 기울기(α = 1, 2.3, 3)를 변화시켜 LF 피크 높이와 위치에 미치는 영향을 평가하였다.
• 원형성의 진화를 위해 Reimers 질량 손실(η=0.4)과 경험적 질량 손실-주기 관계를 사용한 전- 및 후-AGB 별 진화 모델을 사용하였다.
• 전체 별 진화 모델(Staiano 등)에서 유도한 전-백색왜성 연령을 계산하였으며, 일관성을 확보하기 위해 기존의 발표된 모델과 교차 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 부분적으로 디그레드된 핵 내 도전성 투과도의 불확실성이 백색왜성 밝기 함수의 형태와 연령 추정치에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 핵 내 탄소-산소 농도의 변화가 백색왜성 밝기 함수로부터 유도된 구형성단의 연령에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 백색왜성 밝기 함수는 초기-최종 질량 관계의 다양한 규정에 얼마나 민감한가?
• RQ4 초기 질량 함수(IMF) 기울기가 밝기 함수 피크의 위치와 따라서 유도된 성단 연령에 유의미한 영향을 미치는가?
• RQ5 원형성의 별에서 금속성의 변화가 백색왜성 냉각 시퀀스에서 유도된 연령에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 부분적으로 디그레드된 핵 내 도전성 투과도는 오래된 은하계 별 집단에서 백색왜성 연령 추정치에 약 10%의 전반적 불확실성을 유발한다.
• 핵 내 탄소-산소 농도의 변화는 구형성단의 유도된 연령에 5% 미만의 불확실성을 기여한다.
• 초기-최종 질량 관계는 주요 불확실성 원인으로서, 사용된 규정에 따라 최대 8%의 오차를 유도하며, 구형성단의 연령 추정치에 영향을 준다.
• 초기 질량 함수(IMF) 기울기는 밝기 함수 피크의 높이에만 영향을 주며, 그 위치에는 영향을 주지 않아 연령 결정에 거의 영향을 주지 않는다.
• Z=0.0001에서 Z=0.006 사이의 금속성 변화는 구형성단에 관련된 범위에서 약 10%의 연령 차이를 유도하며, 금속성에 맞는 모델링이 필요하다.
• 저자들이 사용한 초기-최종 질량 관계를 Weidemann의 것으로 교체할 경우 밝기 함수 피크가 약 0.1 mag(약 0.3 Gyr에 해당) 이동하며, Girardi 등이 제시한 관계로 교체할 경우 약 0.3 mag(1 Gyr에 해당) 이동한다.