[论文解读] AmFm and lithium gap stars: Stellar evolution models with mass loss

M. Vick, G. Michaud+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 79被引用 50

一句话总结

本研究探讨了A型和F型恒星在原子扩散、辐射加速度及质量损失作用下的演化模型，以解释AmFm星和锂间隙星的表面元素异常。研究发现，质量损失率在 $5 \times 10^{-14}$ 至 $10^{-13}\,M_\odot\text{yr}^{-1}$ 范围内可重现星团中AmFm星和天狼星A的表面元素丰度，但其内部元素分布与湍流混合模型存在显著差异，表明星震学可能用于区分质量损失与湍流作为主要物质输运机制的主导作用。

ABSTRACT

A thorough study of the effects of mass loss on internal and surface abundances of A and F stars is carried out in order to constrain mass loss rates for these stars, as well as further elucidate some of the processes which compete with atomic diffusion. Self-consistent stellar evolution models of 1.3 to 2.5 M_sun stars including atomic diffusion and radiative accelerations for all species within the OPAL opacity database were computed with mass loss and compared to observations as well as previous calculations with turbulent mixing. Models with unseparated mass loss rates between 5 x 10^-14 and 10^-13 M_sun/yr reproduce observations for many cluster AmFm stars as well as Sirius A and o Leonis. These models also explain cool Fm stars, but not the Hyades lithium gap. Like turbulent mixing, these mass loss rates reduce surface abundance anomalies; however, their effects are very different with respect to internal abundances. For most of the main sequence lifetime of an A or F star, surface abundances in the presence of such mass loss depend on separation which takes place between log(Delta M/M_star)= -6 and -5. The current observational constraints do not allow us to conclude that mass loss is to be preferred over turbulent mixing (induced by rotation or otherwise) in order to explain the AmFm phenomenon. Internal concentration variations which could be detectable through asteroseismic tests should provide further information. If atomic diffusion coupled with mass loss are to explain the Hyades Li gap, the wind would need to be separated.

研究动机与目标

• 评估质量损失在A型与F型恒星中，结合原子扩散时，对表面与内部元素丰度分布的影响。
• 确定质量损失是否可解释AmFm星的表面元素异常以及毕宿星团中锂间隙现象。
• 比较质量损失与湍流混合在改变表面元素异常方面的影响。
• 研究质量损失，特别是分离风模型，是否能调和理论预测与冷Fm星中锂缺失与铁过量的观测结果。

提出的方法

• 针对质量在1.3至2.5 $M_\odot$ 之间的恒星，利用OPAL消光数据库计算了包含原子扩散与辐射加速度的恒星演化模型。
• 质量损失以连续、非分离风的形式引入，质量损失率范围为 $5 \times 10^{-14}$ 至 $10^{-13}\,M_\odot\text{yr}^{-1}$，并进一步测试了分离风配置。
• 将模型与星团AmFm星、天狼星A、$\iota$ Leonis以及毕宿星团Fm星的观测表面丰度进行对比。
• 通过允许质量损失率随有效温度或光度变化，考虑了时间依赖的质量损失，尽管未显式建模以限制可调参数数量。
• 分析了内部元素丰度分布，以区分质量损失与湍流混合的影响，尤其关注浓度变化特征。
• 提出星震学测试作为区分质量损失与湍流混合机制的手段，依据其内部元素结构差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 质量损失率在 $5 \times 10^{-14}$ 至 $10^{-13}\,M_\odot\text{yr}^{-1}$ 范围内是否能重现AmFm星与天狼 Sirius A 的表面元素异常？
• RQ2 质量损失产生的A型与F型恒星内部元素丰度分布与湍流混合模型相比有何差异？
• RQ3 为了解释毕宿星团中锂间隙现象（特别是锂缺失与铁过量），是否需要分离质量损失？
• RQ4 质量损失是否足以解释有效温度 $T_{\text{eff}} \geq 7200\,$K 的恒星中AmFm特征的消失？
• RQ5 当质量损失被纳入恒星演化模型时，辐射加速度在塑造元素分布方面起到何种作用？

主要发现

• 质量损失率在 $5 \times 10^{-14}$ 至 $10^{-13}\,M_\odot\text{yr}^{-1}$ 范围内，可成功重现AmFm星与天狼 Sirius A 的表面元素丰度。
• 这些质量损失率可减弱表面元素异常，但产生的内部元素丰度分布与湍流混合模型预测结果存在显著差异。
• 该模型可解释冷Fm星，但若无分离风配置，则无法重现毕宿星团的锂间隙现象。
• 必须采用分离质量损失（风分离参数 $\log\Delta M/M_* = -6$ 至 $-5$）才能同时将锂缺失与铁过量降低至观测水平。
• 质量损失引起的内部浓度变化特征与湍流混合不同，表明星震观测可能用于区分这两种机制。
• 随着 $T_{\text{eff}}$ 升高，辐射力增强，使得在A型与F型恒星的辐射驱动风中，时间依赖且与 $T_{\text{eff}}$ 相关的质量损失成为合理假设。