[论文解读] Asteroseismology of ZZ Ceti stars with fully evolutionary white dwarf models: I. The impact of the uncertainties from prior evolution on the period spectrum

Francisco C. De Gerónimo, L. G. Althaus+3 more|Americanae (AECID Library)|Nov 30, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 47被引用 10

一句话总结

本研究探讨了在子奇星前体演化过程中存在的不确定性——特别是热脉动、核心氦燃烧过冲以及12C(α,γ)16O反应速率——如何影响白矮星的脉动周期谱。通过从ZAMS到子奇星阶段的完整演化模型，研究发现这些不确定性可导致周期偏移达18秒，且对低质量模型和高径向阶数模态的影响最大，强调了在星震学分析中必须考虑前体演化不确定性。

ABSTRACT

ZZ Ceti stars are pulsating white dwarfs with a carbon-oxygen core build up during the core helium burning and thermally pulsing Asymptotic Giant Branch phases. Through the interpretation of their pulsation periods by means of asteroseismology, details about their origin and evolution can be inferred. The whole pulsation spectrum exhibited by ZZ Ceti stars strongly depends on the inner chemical structure. At present, there are several processes affecting the chemical profiles that are still not accurately determined. We present a study of the impact of the current uncertainties of the white dwarf formation and evolution on the expected pulsation properties of ZZ Ceti stars. Our analysis is based on a set of carbon-oxygen core white dwarf models with masses $0.548$ and $0.837 M_{\sun}$ derived from full evolutionary computations from the ZAMS to the ZZ Ceti domain. We have considered models in which we varied the number of thermal pulses, the amount of overshooting, and the $^{12}$C$(α,γ)^{16}$O reaction rate within their uncertainties. We explore the impact of these major uncertainties in prior evolution on the chemical structure and the expected pulsation spectrum. We find that these uncertainties yield significant changes in the $g$-mode pulsation periods. We conclude that the uncertainties in the white dwarf progenitor evolution should be be taken into account in detailed asterseismological analysis of these pulsating stars.

研究动机与目标

• 评估白矮星前体演化不确定性对子奇星脉动周期谱的影响。
• 量化热脉动、核心氦燃烧过冲以及12C(α,γ)16O反应速率变化对化学结构和脉动特性的影响。
• 确定这些不确定性与观测周期不确定性及星震学中典型拟合精度相比是否显著。
• 评估这些不确定性是否应在子奇星的详细星震学建模中予以考虑。

提出的方法

• 利用完整的恒星演化计算，从ZAMS到子奇星区域构建了完整的白矮星演化模型。
• 变化关键的前体演化参数：AGB阶段的热脉动次数、核心氦燃烧期间的过冲量，以及12C(α,γ)16O反应速率在其不确定范围内的取值。
• 计算了具有不同演化历史模型的径向g模态脉动周期。
• 比较了不同输入参数下模型之间的周期差异，重点关注径向阶数的依赖性。
• 分析了周期谱对化学结构变化的敏感性，特别是核心和过渡区的变化。
• 采用Angulo等人（1999）和Kunz等人（2002）提供的Nacre、KH和KL反应速率值，评估反应速率不确定性的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 AGB阶段热脉动的不确定性如何影响子奇星的脉动周期谱？
• RQ2 核心氦燃烧过冲在多大程度上影响g模态周期谱？
• RQ3 12C(α,γ)16O反应速率的变化如何影响化学结构及由此产生的脉动周期？
• RQ4 与观测不确定性及星震学中典型拟合精度相比，由此产生的周期差异是否显著？
• RQ5 这些不确定性是否对所有脉动模态产生同等影响，还是某些径向阶数更为敏感？

主要发现

• AGB阶段热脉动的发生导致最大的周期差异，低质量模型（0.548 M☉）的平均偏移为5–10秒，而高质量模型（0.837 M☉）的平均偏移为2–3秒。
• 核心氦燃烧期间的过冲导致平均绝对周期差异为2–4秒，与恒星质量无关，这是由于其对布伦特-瓦伊萨拉频率的影响。
• 12C(α,γ)16O反应速率的变化在低质量模型中可引起最大达11秒的周期差异，在高质量模型中高径向阶数模态（k > 23）的最大周期差异可达18秒。
• 周期差异在高径向阶数模态（k > 23）最为显著，表明其对核心化学结构（尤其是外层核心区域）敏感。
• 由前体演化不确定性引起的周期差异超过了以往星震学研究中报告的典型拟合精度3.5秒，表明其不可忽略。
• 最大的周期偏移仅出现在特定模态，而非整个周期谱上，表明其影响具有模态依赖性而非均匀分布。