[논문 리뷰] AmFm and lithium gap stars: Stellar evolution models with mass loss

M. Vick, G. Michaud외 2명|arXiv (Cornell University)|2010. 06. 29.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 79인용 수 50

한 줄 요약

이 연구는 원자 확산, 복사 가속도, 질량 손실를 고려한 A 및 F 항성의 별진화 모델을 통해 AmFm 항성과 리튬 갭 항성의 표면 농도 비정상성을 설명한다. 질량 손실율이 $5 \times 10^{-14}$에서 $10^{-13}\,M_\odot\text{yr}^{-1}$ 사이일 경우, 군집 소속 AmFm 항성과 시리우스 A의 관측된 표면 농도를 재현할 수 있으나, 내부 농도 분포는 난류 혼합과는 상당히 다름을 보이며, 이는 항성진동학적 관측이 질량 손실과 난류 혼합 중 어느 것이 주요 운반 메커니즘인지를 구별하는 데 도움이 될 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

A thorough study of the effects of mass loss on internal and surface abundances of A and F stars is carried out in order to constrain mass loss rates for these stars, as well as further elucidate some of the processes which compete with atomic diffusion. Self-consistent stellar evolution models of 1.3 to 2.5 M_sun stars including atomic diffusion and radiative accelerations for all species within the OPAL opacity database were computed with mass loss and compared to observations as well as previous calculations with turbulent mixing. Models with unseparated mass loss rates between 5 x 10^-14 and 10^-13 M_sun/yr reproduce observations for many cluster AmFm stars as well as Sirius A and o Leonis. These models also explain cool Fm stars, but not the Hyades lithium gap. Like turbulent mixing, these mass loss rates reduce surface abundance anomalies; however, their effects are very different with respect to internal abundances. For most of the main sequence lifetime of an A or F star, surface abundances in the presence of such mass loss depend on separation which takes place between log(Delta M/M_star)= -6 and -5. The current observational constraints do not allow us to conclude that mass loss is to be preferred over turbulent mixing (induced by rotation or otherwise) in order to explain the AmFm phenomenon. Internal concentration variations which could be detectable through asteroseismic tests should provide further information. If atomic diffusion coupled with mass loss are to explain the Hyades Li gap, the wind would need to be separated.

연구 동기 및 목표

• 원자 확산가 포함된 A 및 F 항성에서 질량 손실이 표면 및 내부 농도 분포에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 질량 손실이 Hyades 군집의 리튬 갭과 AmFm 항성의 관측된 표면 농도 비정상성에 기여할 수 있는지 확인하기 위해.
• 질량 손실이 표면 농도 비정상성을 변화시키는 데 미치는 영향을 난류 혼합과 비교하기 위해.
• 특히 분리된 바람 모델을 포함한 질량 손실이 냉각된 Fm 항성에서 리튬 부족과 철 과잉 현상을 이론 예측과 일치시키는 데 기여할 수 있는지 조사하기 위해.

제안 방법

• 1.3에서 2.5 $M_\odot$ 사이의 질량을 가진 항성에 대해 원자 확산과 복사 가속도를 고려한 별진화 모델을 계산하였으며, OPAL 투과도 데이터베이스를 사용하였다.
• 질량 손실는 연속적이고 분리되지 않은 바람으로 설정하였으며, 손실율은 $5 \times 10^{-14}$에서 $10^{-13}\,M_\odot\text{yr}^{-1}$ 사이로 설정하였고, 분리된 바람 구성도 테스트하였다.
• 군집 소속 AmFm 항성, 시리우스 A, $\iota$ 레오니스, Hyades Fm 항성의 관측된 표면 농도와 모델을 비교하였다.
• 조정 가능한 매개변수를 제한하기 위해 질량 손실율이 효과적 온도 또는 광도에 따라 시간에 따라 변화할 수 있도록 하였지만, 이는 명시적으로 모델링하지는 않았다.
• 내부 농도 프로파일을 분석하여 질량 손실과 난류 혼합을 구별하였으며, 특히 농도 변화 양상에 초점을 맞추었다.
• 항성진동학적 시험을 제안하여 내부 농도 구조에 기반해 질량 손실과 난류 혼합을 구별하는 방법을 모색하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 질량 손실율이 $5 \times 10^{-14}$에서 $10^{-13}\,M_\odot\text{yr}^{-1}$ 사이일 경우, AmFm 항성과 시리우스 A의 관측된 표면 농도 비정상성을 재현할 수 있는가?
• RQ2 질량 손실이 생성하는 A 및 F 항성의 내부 농도 프로파일은 난류 혼합이 생성하는 것과 어떻게 다른가?
• RQ3 특히 리튬 부족과 철 과잉 현상을 동시에 설명하기 위해 Hyades 군집의 리튬 갭을 설명하기 위해 분리된 질량 손실이 필요한가?
• RQ4 질량 손실만으로도 $T_{\text{eff}} \geq 7200\,$K인 항성에서 AmFm 특성이 사라지는 현상을 설명할 수 있는가?
• RQ5 질량 손실이 포함된 별진화 모델에서 복사 가속도가 농도 분포를 어떻게 형성하는가?

주요 결과

• 질량 손실율이 $5 \times 10^{-14}$에서 $10^{-13}\,M_\odot\text{yr}^{-1}$ 사이일 경우, AmFm 항성과 시리우스 A의 관측된 표면 농도를 성공적으로 재현하였다.
• 이 질량 손실율은 표면 농도 비정상성을 감소시켰지만, 난류 혼합 모델이 예측하는 것과는 상당히 다른 내부 농도 프로파일을 생성하였다.
• 냉각된 Fm 항성은 설명할 수 있었지만, 분리된 질량 손실이 없이는 Hyades 리튬 갭을 재현하지 못하였다.
• 분리된 질량 손실(바람 분리가 $\log\Delta M/M_* = -6$에서 $-5$ 사이)이 리튬 부족과 철 과잉을 관측 수준으로 동시에 감소시키기 위해 필요하다.
• 질량 손실이 유도하는 내부 농도 변화는 난류 혼합에 의한 것과 뚜렷하게 다름을 보이며, 이는 항성진동학적 관측이 두 메커니즘을 구별하는 데 유용할 수 있음을 시사한다.
• 복사력이 $T_{\text{eff}}$에 따라 증가함에 따라, A 및 F 항성의 복사 구동 바람에서 시간에 따라 변화하는, $T_{\text{eff}}$에 따라 변화하는 질량 손실이 타당해진다.