[논문 리뷰] Fluorine production in intermediate-mass stars

N. Mowlavï, A. Jorissen외 1명|arXiv (Cornell University)|1996. 02. 27.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 중간질량 적색거성지수(AGB) 항성에서 플루오르ine-19 (19F) 생성을 상세한 항성 모델과 업데이트된 핵반응률을 사용하여 조사한다. 19F는 열맥동 기간 동안 생성되며, 수확량은 피크 온도와 맥동 역학에 매우 민감한 반면, 매개변수화된 제3의 끓는 운반(Third Dredge-Up)을 포함한 표준 모델은 관측된 최고 수준의 19F 과잉을 설명할 수 없다—특히 초리치성 항성 WZ Cas에서 그렇다. 이는 고려되지 않은 과정이나 금속성에 의존하는 효과를 시사한다.

ABSTRACT

The 19F production during the first dozen thermal pulses of AGB stars with (M=3,Z=0.02), (M=6,Z=0.02) and (M=3,Z=0.001) is investigated on grounds of detailed stellar models and of revised rates for 15N(a,g)19F and 18O(a,g)22Ne. These calculations confirm an early expectation that 19F {\it is} produced in AGB thermal pulses. They also enlarge substantially these previous results by showing that the variations of the level of 19F production during the evolution is very sensitive to the maximum temperature reached at the base of the pulse. These variations are analyzed in detail, and are shown to result from a subtle balance between different nuclear effects (mainly 19F production or destruction in a pulse, and 15N synthesis during the interpulse), possibly super-imposed on dilution effects in more or less extended pulse convective tongues. Our calculations, as most others, do not predict the third dredge-up self- consistently. When parametrized, it appears that our models of intermediate-mass AGB stars are able to account only for the lowest 19F overabundances observed in solar-metallicity MS, S and C stars. That conclusion is expected to hold true for low-mass stars when F production results from secondary 13C only. Massive AGB stars, on the other hand, are not expected to build up large surface F abundanc- es. Therefore, the large F overabundance reported for the super Li-rich star WZ Cas (where HBB is supposed to be operating) remains unexplained so far. Our results for the (M=3,Z=0.001) star indicate that F surface overabundances can also be expected in low-metallicity stars provided that third dredge-ups occur after the early cool pulses. The relative increase in the surface 19F/12C ratio is, however, lower in the low-metallicity than in the solar-metallicity star. No observations are

연구 동기 및 목표

• 다양한 질량과 금속성을 가진 중간질량 AGB 항성에서 플루오르ine-19 (19F) 생성을 조사하기 위해.
• 특히 15N(α,γ)19F와 18O(α,γ)22Ne의 수정된 핵반응률이 19F 수확량에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 열맥동 역학, 즉 최대 온도와 난류 혼합의 역할이 19F 표면 농도를 어떻게 조절하는지 규명하기 위해.
• 표준 AGB 모델이 금속 빈도가 낮고 극단적인 항성에서 관측된 19F 과잉을 재현하는 데에 한계가 있음을 평가하기 위해.
• 맥동의 시기와 혼합 효율성에 따라 제3의 끓는 운반이 저금속성 항성에서 19F 농도를 높일 수 있는지 탐색하기 위해.

제안 방법

• 질량 3 M☉ 및 6 M☉, 금속성 Z = 0.02 및 Z = 0.001인 AGB 항성에 대한 상세한 항성 진화 모델을 구축하기 위해.
• 15N(α,γ)19F와 18O(α,γ)22Ne의 업데이트된 실험 반응률을 도입하여 핵합성 예측을 정밀화하기 위해.
• 다수의 열맥동 동안 19F와 12C 표면 농도의 변화를 추적하며, 피크 온도와 맥동 지속 시간에 중점을 두기 위해.
• 맥동 기간 동안의 19F 생성, 간격 기간 동안의 15N 합성, 그리고 알파 캡처에 의한 파괴 간의 상호작용을 모델링하기 위해.
• 제3의 끓는 운반 사건을 매개변수화하여 표면 19F 농도 증가에 미치는 영향을 평가하기 위해, 특히 초기 맥동과 후기 맥동에서의 영향을 비교하기 위해.
• 모델 예측을 주계열, S형 및 C형 항성, 그리고 초리치성 항성 WZ Cas에서 관측된 19F 과잉과 비교하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중간질량 AGB 항성은 열맥동을 통해 탐지 가능한 표면 19F 과잉을 얼마나 생산할 수 있는가?
• RQ2 19F 생성은 난류 맥동 기저에서 도달하는 최대 온도에 얼마나 민감한가?
• RQ3 매개변수화된 제3의 끓는 운반을 포함한 표준 AGB 모델이 WZ Cas와 같은 항성에서 관측된 최고 수준의 19F 과잉을 재현할 수 있는가?
• RQ4 금속성은 특히 저금속성 AGB 항성에서 19F 표면 농도 증가 효율성에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 초리치성 항성 WZ Cas는 뜨거운 바닥 연소가 존재하는 데도 불구하고 왜 이렇게 큰 19F 과잉을 보이는가?

주요 결과

• 19F는 중간질량 AGB 항성에서 열맥동 기간 동안 실제로 생성되며, 이는 이전의 이론적 예측을 확인한다.
• 19F 생성 수준은 맥동 간에 크게 달라지며, 이는 맥동 기간 동안의 19F 합성과 고온에서의 19F(α,γ)23Ne 파괴 사이의 미세한 균형에 의해 결정된다.
• 맥동 기저에서 도달하는 최대 온도가 19F 수확량을 결정하는 주요 요인이며, 높은 온도일수록 파괴가 더 심해진다.
• 제3의 끓는 운반 사건은 초기 냉각 맥동 이후에 발생할 경우에만 표면 19F를 증가시킬 수 있으며, 특히 저금속성 항성에서는 태양 금속성 항성보다 19F/12C 상대 증가율이 더 낮다.
• 매개변수화된 제3의 끓는 운반을 포함한 표준 모델은 관측된 최고 수준의 19F 과잉을 재현하지 못하며, 특히 초리치성 항성 WZ Cas에서 그렇다.
• 질량이 큰 AGB 항성은 표면 19F를 크게 축적하지 못할 것으로 예상되며, 이는 일부 진화한 항성에서 극단적인 플루오르ine 농도 증가를 설명하기 위해 보다 다른 메커니즘이 필요하다는 것을 시사한다.