[论文解读] Evolution of CNO abundances in the Universe

Nikos Prantzos|arXiv (Cornell University)|Jan 3, 2003

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 3

一句话总结

本文综述了CNO元素最新恒星产出，强调了旋转与质量损失对核合成的影响。研究表明，旋转恒星可产生原生氮，而非旋转恒星则产生次生氮；同时指出，银河系及星系外系统的观测C/O与N/O比值需依赖晚期碳源及较低的恒星形成效率，才能解释低金属度下平台状的丰度趋势。

ABSTRACT

After summarizing the most important features of current stellar yields of CNO elements (including recent results concerning rotating and mass losing stars) I discuss how these yields may help to interpret relevant observations in the local Galaxy, the Milky Way disk and extragalactic systems (extragalactic HII regions and DLAs).

研究动机与目标

• 综合近期关于CNO元素恒星产出的进展，特别关注旋转与质量损失恒星的影响。
• 解释太阳邻近区、银河系盘以及星系外系统（如HII区和DLAs）中观测到的CNO丰度模式。
• 评估原生与次生氮生成的作用，以及星系化学演化中晚期碳源的必要性。
• 评估在低金属度系统中观测到的N/O与C/O平台状丰度趋势对恒星形成效率与演化 timescales 的影响。

提出的方法

• 采用van den Hoek & Grownewegen (1997)、Woosley & Weaver (1995) 以及Meynet & Maeder (2002) 的更新版恒星产出模型，包含金属度依赖的产出。
• 对比非旋转与旋转恒星模型，以分离旋转混合对氮生成的影响。
• 应用具有不同恒星形成效率的星系化学演化（GCE）模型，以模拟O/H空间中观测到的丰度趋势。
• 分析HII区、DLAs及银河系恒星中C/O与N/O比值的观测数据，以检验模型预测。
• 评估观测到的平台状丰度趋势与中等质量恒星产生的原生氮及大质量恒星产生的次生氮理论模型的一致性。
• 利用太阳邻近区O/Fe随金属度增加而下降的观测，推断Ia型超新星在盘相时期作为晚期铁源的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 旋转混合与质量损失如何影响不同质量与金属度恒星中CNO元素（特别是氮）的产出？
• RQ2 是什么决定了恒星族群中氮是作为原生元素还是次生元素生成？
• RQ3 为何在星系外系统中，N/O与C/O丰度比在低金属度下表现出平台状行为？
• RQ4 具有不同恒星形成效率的简单星系化学演化模型能否再现HII区与DLAs中观测到的丰度趋势？
• RQ5 观测到的C/O与N/O平台状趋势对低金属度星系中恒星形成的时间与效率有何启示？

主要发现

• 所有质量的旋转恒星均通过旋转混合产生原生氮，尤其在低金属度及中等质量恒星中尤为显著。
• 非旋转恒星产生的是次生氮，而中等质量恒星的热底燃烧则导致接近原生氮的产出。
• 在低O/H（log(O/H) < -4）下观测到的N/O平台最能通过低恒星形成效率且足够年老、能由中等质量恒星贡献的系统来解释。
• 在低O/H下观测到的C/O平台与晚期碳源一致，但不支持次生行为，暗示碳生成机制存在延迟或独立来源。
• HII区及部分DLAs在低金属度下出现的高N/O值可归因于中等质量恒星的贡献，而其他DLAs中较低的N/O值则表明系统更年轻，主要由大质量恒星主导。
• 太阳邻近区O/Fe随金属度增加而下降的观测结果支持Ia型超新星作为晚期铁源的作用，其 timescale 约为~1 Gyr。