[論文レビュー] Full computation of massive AGB evolution. I. The large impact of convection on nucleosynthesis

P. Ventura, F. D’Antona|ArXiv.org|Nov 8, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 36被引用数 134

ひとこと要約

本研究は、中質量の漸近巨星分支（AGB）星における核融合生成物と進化に与える、対流の取り扱い方の違い——特に混合長理論（MLT）と全スペクトル乱流（FST）モデルの違い——がどのように影響するかを調査している。FSTモデルでは、対流効率の変化が光度、質量放出、熱的パルスの頻度、および元素の生成産物に顕著な影響を及ぼすことが示された。FSTモデルはMLTと比較してAGB段階が短くなり、第3の対流混同効率も低くなる。その結果、球状星団の自己豊性化シナリオに不可欠な物質の噴出組成が顕著に異なることになる。

ABSTRACT

It is well appreciated that the description of overadiabatic convection affects the structure of the envelopes of luminous asymptotic giant branch (AGB) stars in the phase of ``hot bottom burning '' (HBB). We stress that this important uncertainty in the modeling plays a role which is much more dramatic than the role which can be ascribed, e.g., to the uncertainty in the nuclear cross-sections. Due to the role tentatively attributed today to the HBB nucleosynthesis as the site of self-enrichment of Globular Clusters stars, it is necessary to explore the difference in nucleosynthesis obtained by different prescriptions for convection. We present results of detailed evolutionary calculations of the evolution of stars of intermediate mass during the AGB phase. We follow carefully the nucleosynthesis at the base of the external convective region, showing that very different results can be obtained according to the presciption adopted to find out the temperature gradient within the instability regions. We discuss the uncertainties in the yields of the various chemical species and the role which these sources can play as polluters of the interstellar medium.

研究の動機と目的

• 異なる対流処理法が質量のAGB星における核融合生成産物に与える影響を定量化すること。
• 対流モデルの不確実性が、球状星団の自己豊性化に関連する化学的生成産物に与える影響を評価すること。
• 主要核種（例：C、N、O、Ne、Na、Mg）の表面組成を予測するMLTとFST対流モデルの比較。
• 異なる対流処理法のもとで、球状星団における自己豊性化仮説の妥当性を評価すること。
• AGBモデルにおいて、対流関連の不確実性が核反応速度の不確実性を上回るかを特定すること。

提案手法

• 5 M☉のAGB星の全進化軌道を計算するために、ATON星進化コード（バージョン2.0）を用いた。金属量Z ≈ 10⁻³を想定した。
• 2種類の異なる対流モデルを適用した：変動するαパラメータを有する混合長理論（MLT）と全スペクトル乱流（FST）モデル。
• 表面対流圏の下部での核融合生成産物を追跡し、高温核融合（HBB）および第3の対流混同（TDU）の効率を注目した。
• Ne、Na、Mg同位体を含む詳細な核反応ネットワークを用いて、時間経過に伴う表面組成を計算した。
• 光度、質量放出率、熱的パルスの数、および最終的な噴出物質組成について、モデル間で比較した。
• 主な同位体比（例：²⁵Mg/²⁴Mg、²⁶Mg/²⁴Mg）が対流処理にどのように依存するかを分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MLTとFSTの対流処理法の選択が、AGB星の持続期間と光度の時間的変化にどのように影響するか？
• RQ2 対流効率の変化が、熱的パルスの数および第3の対流混同の回数にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ3 異なる対流モデルが、AGBの噴出物質におけるC、N、O、Na、Mg同位体の表面組成にどのように影響を及けるか？
• RQ4 FSTモデルは、球状星団の星に観測された酸素-ナトリウム反比例関係およびマグネシウム同位体比を再現できるか？
• RQ5 AGB核融合生成産物において、対流の不確実性と核反応速度の不確実性の影響を比較すると、どちらがより顕著か？

主な発見

• FSTモデルでは、AGB進化が短くなり、MLTと比較して全期間が約3分の1に短縮された。
• FSTモデルでは、対流の基部でのエネルギー生成が増加したため、最大光度がMLTモデルと比較して約70%高い。
• 熱的パルスの数（ならびに第3の対流混同の回数）はFSTモデルで顕著に低く、²²Neおよびナトリウムの表面豊性化効率が低下した。
• α = 2.1のMLTモデルでは、ナトリウムの豊性化が効率的で酸素の枯渇も見られたが、²⁵Mg/²⁴Mgおよび²⁶Mg/²⁴Mg比は約3と観測値（NGC 6752）を上回った。
• FSTモデルでは、噴出物質におけるC+N+Oの増加が最小限に抑えられ、球状星団の星におけるC+N+Oが一定である観測結果と整合した。一方、MLTモデルではC+N+Oの著しい増加が見られた。
• すべてのモデルでヘリウムが豊富な噴出物質（Y_ejecta ≈ 0.31）と、標準的Ⅱ型星値の約2倍低いリチウムの表面組成を示し、NGC 6397の主系列星の観測結果と一致した。