[論文レビュー] Stellar mass and age determinations - I. Grids of stellar models from Z=0.006 to 0.04 and M=0.5 to 3.5 Msun

N. Mowlavï, P. Eggenberger+6 more|arXiv (Cornell University)|Jan 17, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 75

ひとこと要約

本論文は、質量 0.5–3.5 M⊙ および金属量 Z = 0.006 から 0.04（[Fe/H] = −0.33 から +0.54 に相当）の非回転星の高密度・高精度な進化モデルグリッドを提示する。高度な補間技術により、観測されたヘルツシュプラング＝ラッセル図上の位置から星の質量と年齢を正確に決定できる。主な貢献は、補間モデルにおける半径および効果的温度の1%以内の精度であり、これは分離連星および開放集団を用いた検証を経ており、低質量星における原子拡散効果を反映した新規の等表面金属量（Z_surf）線の導入が行われた。

ABSTRACT

We present dense grids of stellar models suitable for comparison with observable quantities measured with great precision, such as those derived from binary systems or planet-hosting stars. We computed new Geneva models without rotation at metallicities Z=0.006, 0.01, 0.014, 0.02, 0.03 and 0.04 (i.e. [Fe/H] from -0.33 to +0.54) and with mass in small steps from 0.5 to 3.5 Msun. Great care was taken in the procedure for interpolating between tracks in order to compute isochrones. Several properties of our grids are presented as a function of stellar mass and metallicity. Those include surface properties in the Hertzsprung-Russell diagram, internal properties including mean stellar density, sizes of the convective cores, and global asteroseismic properties. We checked our interpolation procedure and compared interpolated tracks with computed tracks. The deviations are less than 1% in radius and effective temperatures for most of the cases considered. We also checked that the present isochrones provide nice fits to four couples of observed detached binaries and to the observed sequences of the open clusters NGC 3532 and M67. Including atomic diffusion in our models with M<1.1 Msun leads to variations in the surface abundances that should be taken into account when comparing with observational data of stars with measured metallicities. For that purpose, iso-Zsurf lines are computed. These can be requested for download from a dedicated web page together with tracks at masses and metallicities within the limits covered by the grids. The validity of the relations linking Z and FeH is also re-assessed in light of the surface abundance variations in low-mass stars.

研究の動機と目的

• 現代の高精度観測データに基づく星の質量と年齢を正確に決定するため、高密度・高精度な星進化モデルを提供すること。
• 0.5–3.5 M⊙ の範囲で質量および金属量の補間精度を向上させることで、従来のモデルグリッドの限界を克服すること。
• 低質量星（M < 1.1 M⊙）における原子拡散効果を考慮すること。これは表面組成を変化させ、金属量指標に影響を与える。
• 質量および金属量の両方にわたる形状的特徴を保持する、堅牢な補間手順を用いて信頼性の高い等年齢線および補間軌道を構築すること。
• 観測比較に直接利用可能な、軌道、等年齢線、および iso-Z_surf 線を含むデータをダウンロード可能に提供すること。

提案手法

• Asplund et al. (2005) の太陽組成と M < 1.1 M⊙ の場合の原子拡散を含む、更新された入力物理を用いた非回転ジェネヴァ星進化モデルの計算。
• 質量（0.5–3.5 M⊙ の小さなステップ）および金属量（Z = 0.006, 0.01, 0.014, 0.02, 0.03, 0.04）における高密度グリッドを用いることで、高精度な補間を可能にする。
• 進化軌道間の特別な補間手順を開発し、半径および効果的温度の精度を維持する。その結果、偏差は1%未満に抑えられる。
• 質量-金属量グリッド全体にわたる補間を用いて等年齢線を構築し、観測された分離連星および開放集団（NGC 3532, M67）による検証を実施。
• 特に低質量星において顕著な原子拡散による表面組成変化を反映するため、表面金属量（Z_surf）の等高線を計算。
• 星震動パラメータ（ν_max, Δν, A_max）を用いて、観測データとのモデル比較を強化。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高密度の質量-金属量グリッド上での補間星進化モデルが、半径および効果的温度をどの程度正確に予測できるか？
• RQ2 原子拡散効果が低質量星（M < 1.1 M⊙）の表面組成に及ぼす影響はどの程度で、金属量指標にどのような影響を及えるか？
• RQ3 新しい補間法により、観測された分離連星系および開放集団のシーケンスに正確にフィットする等年齢線を構築できるか？
• RQ4 原子拡散による表面組成変化のため、低質量星において Z と [Fe/H] の関係がどの程度破綻するか？
• RQ5 特に 1.15–1.25 M⊙ の遷移質量領域において、対流の数値的取り扱い方が等年齢線の形状に与える影響は何か？

主な発見

• 補間手順により、大多数の補間モデルで半径および効果的温度の偏差が1%未満に抑えられ、その高精度が裏付けられた。
• グリッドから構築された等年齢線は、観測された分離連星系および開放集団（NGC 3532, M67）のシーケンスに非常に良好にフィットした。
• M < 1.1 M⊙ の星における原子拡散は、測定可能な表面組成変化を引き起こし、金属量比較の正確性を確保するため、iso-Z_surf 線の使用が不可欠である。
• 原子拡散による表面組成変化のため、低質量星では Z と [Fe/H] の関係が約5%の誤差を含むようになる。
• 太陽金属量の 1.15–1.25 M⊙ の遷移質量領域では、対流核の発達により等年齢線が2つ以上のフックを示す可能性があり、その形状は対流の取り扱い方に敏感に依存する。
• モデルグリッドおよび関連データ（軌道、等年齢線、iso-Z_surf 線）は、http://obswww.unige.ch/Recherche/evol/-Base-de-donnees-/ からダウンロード可能である。