[论文解读] The Effect of Diffusion on Pulsations of Stars on the Upper Main Sequence. delta Scuti and Metallic A Stars

Sylvain Turcotte, J. Richer+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 20, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 5被引用 12

一句话总结

本文研究了原子扩散如何影响上主序A型恒星（特别是猎犬座δ型和金属A型（Am）恒星）的脉动稳定性。利用先进的消光系数表和非绝热脉动模型，研究发现扩散会增强驱动区域的氦丰度，从而在演化后的Am恒星中促进脉动，而在年轻的Am恒星中则排除脉动，其结果与不稳定带红边缘附近变星观测结果定性一致。

ABSTRACT

Recent dramatic improvements in the modeling of abundance evolution due to diffusion in A stars have been achieved with the help of monochromatic opacity tables from the OPAL group. An important result in the context of stellar pulsations is the substantial helium abundance shown to be left over in the driving region of delta Scuti-type pulsations in chemically peculiar Am stars. An accurate opacity profile in the entire stellar envelope including the full effect of heavy elements is also now available for the first time. Pulsations are shown to be excluded for young Am stars but occur naturally when these stars evolve off the ZAMS. The predicted variable metallic A stars all lie towards the red edge of the instability strip, in qualitative agreement with the observed variable delta Delphini and mild Am stars. Results show little direct excitation from iron-peak elements in A-type stars. The main abundance effect is due to the settling of helium, along with a marginal effect due to the enhancement of hydrogen.

研究动机与目标

• 理解原子扩散在塑造上主序A型恒星脉动稳定性中的作用。
• 通过考察扩散对脉动激发的影响，解决化学异常（CP）恒星与变星之间长期存在的差异。
• 评估观测到的变星Am恒星和猎犬座δ型恒星是否可由扩散驱动的元素丰度变化解释。
• 评估改进的消光系数建模（包括重元素和氦沉降）对脉动增长率的影响。
• 确定观测到的变星在不稳定带中的位置是否与扩散模型一致。

提出的方法

• 利用OPAL小组提供的更新版单色消光系数表，模拟恒星包层中的辐射消光系数。
• 在包含和不包含扩散的恒星模型中求解线性非绝热振荡方程，以计算脉动模的增益率。
• 采用简化的对流和湍流处理方法，假设湍流混合延伸至铁对流区之外，以匹配观测到的表面丰度。
• 比较1.8和1.9 M☉ A型恒星在有无扩散情况下的模型，以分离元素分层对稳定性的影响。
• 将氦沉降和铁峰元素增强对恒星内部消光系数峰的影响纳入模型。
• 采用非局域、时间依赖的对流处理方法，评估其对脉动的阻尼效应及可能的激发效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 原子扩散如何改变上主序A型恒星的脉动稳定性？
• RQ2 为何年轻的Am恒星不发生脉动，而演化后的恒星会，扩散能否解释这一行为？
• RQ3 铁峰元素在A型恒星脉动激发中贡献多大程度？
• RQ4 驱动区域中氦丰度的增强如何影响脉动模的激发？
• RQ5 扩散模型能否再现观测到的变星在不稳定带红边缘的位置？

主要发现

• 扩散导致Am恒星脉动驱动区域中氦丰度显著过量，从而提高了脉动激发的可能性。
• 年轻Am恒星中脉动被排除，是由于氦丰度不足；但当这些恒星演化离开零龄主序后，脉动会自然发生。
• 预测的变星Am恒星全部位于不稳定带的红边缘附近，与观测到的δ天龙座型和弱Am型变星定性一致。
• 铁峰元素对脉动激发的贡献仅边际性；主要效应来自氦沉降和少量氢的增强。
• 模型中的湍流阻止了稳定铁对流区的形成，但铁峰元素引起的消光系数峰仍对驱动有微弱贡献。
• 作者模型中的增长率低于标准模型，表明详细建模选择对脉动稳定性预测有显著影响。