[論文レビュー] The Pisa pre-main sequence tracks and isochrones. A database covering a wide range of Z, Y, mass, and age values

E. Tognelli, P. G. Prada Moroni+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 115被引用数 164

ひとこと要約

本論文は、最新の物理的入力（改善された状態方程式および低温における光学定数）を組み込んだ更新された FRANEC 演算コードを用いて計算された、前主系列星の軌道および等年齢曲線の包括的なデータベースを提示している。モデルは金属量（Z = 0.0002–0.03）、質量（0.2–7.0 M⊙）、年齢（1–100 Myr）、ヘリウム含有量をカバーしており、三つの対流長パラメータ（α = 1.2, 1.68, 1.9）および Z ≥ 0.008 の場合の二つの初期重水素含有量を含み、観測データと良好に一致する高精度なツールを提供し、若い星の年齢および質量の決定に寄与する。

ABSTRACT

In recent years new observations of pre-main sequence stars (pre-MS) with Z <= Zsun have been made available. To take full advantage of the continuously growing amount of data of pre-MS stars in different environments, we need to develop updated pre-MS models for a wide range of metallicity to assign reliable ages and masses to the observed stars. We present updated evolutionary pre-MS models and isochrones for a fine grid of mass, age, metallicity, and helium values. We use a standard and well-tested stellar evolutionary code (i.e. FRANEC), that adopts outer boundary conditions from detailed and realistic atmosphere models. In this code, we incorporate additional improvements to the physical inputs related to the equation of state and the low temperature radiative opacities essential to computing low-mass stellar models. We make available via internet a large database of pre-MS tracks and isochrones for a wide range of chemical compositions (Z = 0.0002 - 0.03), masses (M = 0.2 - 7.0 Msun), and ages (1 - 100 Myr) for a solar-calibrated mixing length parameter α(i.e. 1.68). For each chemical composition, additional models were computed with two different mixing length values, namely α= 1.2 and 1.9. Moreover, for Z >= 0.008, we also provided models with two different initial deuterium abundances. The characteristics of the models have been discussed in detail and compared with other work in the literature. The main uncertainties affecting theoretical predictions have been critically discussed. Comparisons with selected data indicate that there is close agreement between theory and observation.

研究の動機と目的

• 若年星系のより詳細な観測を解釈するための、正確な前主系列（pre-MS）モデルの需要が高まっているのに対応する。
• 多様な金属量、質量、年齢、化学組成をカバーする、細粒度で広く応用可能な前MS進化軌道および等年齢曲線のデータベースを提供する。
• 状態方程式や低温放射的光学定数といった最新の物理的入力を組み込むことで、若い星の年齢および質量の決定を改善する。
• ミルキーウェイ銀河および大・小マゼラン雲における若い星団および関連星団の星形成歴および初期質量関数の分析を可能にする。
• 対流処理の感度を評価するために、異なる対流長パラメータと重水素含有量を体系的にテストすることで、前MS進化における理論的不確実性を低減する。

提案手法

• モデルは、詳細な大気モデルから得られる現実的な外境界条件を組み込んだ、実証済みの FRANEC 星進化コードを用いて計算されている。
• 主な物理的入力には、更新された状態方程式、改善された低温放射的および伝導的光学定数、最新のコンピレーションに基づく核反応率が含まれる。
• コードは太陽に合わせた校正済みの対流長パラメータ（α = 1.68）を用い、対流処理の感度を評価するために α = 1.2 および α = 1.9 でも追加のモデルを計算している。
• Z ≥ 0.008 の場合、二つの初期重水素含有量（X_D = 4×10⁻⁵（人口II的）および X_D = 2×10⁻⁵（人口I的））を用いて、人口IとIIの違いを反映している。
• データベースには19の金属量（Z = 0.0002 から 0.03）、各Zごとに3つのヘリウム含有量、1つの組成ごとに43本の軌道（質量 0.2–7.0 M⊙）、1つの組成ごとに36本の等年齢曲線（年齢 1–100 Myr、20 Myrまでは1 Myr間隔）が含まれる。
• すべてのモデルは、http://astro.df.unipi.it/stellar-models/ でウェブ上で公開されており、(log T_eff, log L/L⊙) 平面上のデータが提供され、今後は複数のフォトメトリックシステムでも利用可能になる予定である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 状態方程式や低温光学定数といった更新された物理的入力が、ヘルツシュプルング＝ラッセル図における前MS軌道の位置および形状にどのように影響するか？
• RQ2 対流長パラメータ（α）の変動が、低質量前MS星の予測される進化にどの程度影響を及えるか？
• RQ3 異なる初期重水素含有量が、低金属量における前MS星の明るさおよび温度の進化にどのように影響するか？
• RQ4 新しい理論的モデルは、小マゼラン雲に見られるような若い星系の観測的性質をどの程度よく再現するか？
• RQ5 化学組成（Z および Y）が、若い星団における前MS星の年齢および質量の決定にどのような影響を及えるか？

主な発見

• データベースには19の金属量（Z = 0.0002 から 0.03）、各Zごとに3つのヘリウム含有量、1つの組成ごとに43本の進化軌道（質量 0.2–7.0 M⊙）および3つのα値（1.2, 1.68, 1.9）が含まれる。
• Z ≥ 0.008 の場合、人口IとIIの違いを反映するために二つの初期重水素含有量（X_D = 4×10⁻⁵ および 2×10⁻⁵）が使用されている。
• モデルは、NGC602（小マゼラン雲）を含む若い星団および関連星団の観測データと良好に一致しており、年齢および質量推定への信頼性を裏付けている。
• 理論的軌道および等年齢曲線は (log T_eff, log L/L⊙) 平面上で利用可能であり、今後複数のフォトメトリックシステムでも利用可能になる予定である。
• データベースは http://astro.df.unipi.it/stellar-models/ で公開されており、時間、明るさ、効果的温度、コア状態、エネルギー供給源の寄与度を記載した詳細なモデルファイルが提供されている。
• 前MS進化における体系的不確実性が批判的に議論されており、最大の不確実性は低質量（M < 0.5 M⊙）、特に低金属量星において生じている。