[论文解读] Evolutionary tracks and isochrones for alpha-enhanced stars

Bernardo Salasnich, L. Girardi+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 26, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 4被引用 12

一句话总结

本文使用与恒星模型相同化学成分推导出的一致性灰射表，提出了α增丰恒星的自洽演化轨迹与等龄线。关键结果表明，相同金属度的α增丰等龄线具有更高的有效温度，且在高金属度下无法通过简单地重新标定金属度来准确模拟，尤其对古老、金属丰度高的星族影响显著。

ABSTRACT

We present four large sets of evolutionary tracks for stars with initial chemical compositions [Y=0.250, Z=0.008], [Y=0.273, Z=0.019], [Y=0.320, Z=0.040] and [Y=0.390, Z=0.070] and enhancement of alpha elements with respect to the solar pattern. The major improvement with respect to previous similar calculations is that we use consistent opacities - i.e. computed with the same chemical composition as adopted in the stellar models - over the whole relevant range of temperatures. For the same initial chemical compositions [Y,Z] and otherwise identical input physics we present also new evolutionary sequences with solar-scaled mixtures of abundances. Based on these stellar models we calculate the corresponding sets of isochrones both in the Johnson-Cousins UBVRIJHK and HST/WFPC2 photometric systems. Furthermore, we derive integrated magnitudes, colours and mass-to-light ratios for ideal single stellar populations with total mass equal to 1 Msun. Finally, the major changes in the tracks, isochrones, and integrated magnitudes and colours passing from solar-scaled to alpha-enhanced mixtures are briefly outlined. Retrieval of the complete data set is possible via http://pleiadi.pd.astro.it .

研究动机与目标

• 解决在全温度范围内缺乏适用于α增丰恒星成分的一致性灰射表的问题。
• 为金属度从半太阳到三倍太阳的α增丰恒星提供精确的演化轨迹与等龄线。
• 使具有α增丰恒星星族的星系（如星系核球与椭圆星系）的可靠星族合成建模成为可能。
• 将α增丰模型与太阳标度模型进行比较，量化等龄线位置与综合测光特性之间的差异。
• 通过公开的网络存储库提供可访问的数据，促进这些模型在观测天文学中的应用。

提出的方法

• 计算四组恒星演化轨迹网格，初始质量范围为0.15至20 M☉，金属度Z = 0.008, 0.019, 0.040, 和 0.070，氦/金属丰度增强比Y = 0.23 + 2.25Z。
• 使用与恒星模型中相同的α增丰化学成分计算的一致性灰射表，覆盖全温度范围。
• 为相同模型集生成约翰逊-库恩斯（UBVRIJHK）和哈勃空间望远镜/WFPC2测光系统的等龄线。
• 基于初始质量函数斜率x = 1.35的Salpeter初始质量函数，推导总质量为1 M☉的理想单星族（SSP）的综合星等、颜色与质量/光度比。
• 除灰射表与中微子能量损失率外，其余输入物理模型与Girardi等人（2000）保持一致，后者根据α增丰成分进行调整。
• 通过匹配LMC星团NGC 1866在10^8年年龄、Z = 0.008时观测到的M/L_V = 0.19 ± 0.04，验证了低质量极限（M_l = 0.068 M☉）。

实验结果

研究问题

• RQ1 与太阳标度模型相比，α增丰恒星成分如何影响赫罗图中等龄线的位置与形态？
• RQ2 与不一致或插值灰射表相比，针对与恒星模型相同化学成分计算的一致性灰射表，对恒星演化与等龄线特性有何影响？
• RQ3 在高金属度（Z ≥ 0.040）下，能否通过重新标定太阳标度模型的[Fe/H]金属度来准确再现α增丰的影响？
• RQ4 在古老年龄与不同金属度下，α增丰单星族的综合测光特性（星等、颜色、M/L比）与太阳标度星族有何差异？
• RQ5 对于相同初始质量与金属度，α增丰与太阳标度模型在有效温度、光度与演化 timescales 上的定量差异为何？

主要发现

• 由于α增丰混合物中灰射率更低，α增丰等龄线的有效温度系统性高于相同金属度Z的太阳标度等龄线。
• 针对与恒星模型相同化学成分计算的一致性灰射表，可显著提高演化轨迹的准确性，尤其在主序与主序后阶段相关的高温区域。
• 在高金属度（Z ≥ 0.040）下，通过重新标定[Fe/H]来模拟α增丰模型的方法失效，尤其对古老星族而言，有效温度与颜色的差异显著。
• α增丰单星族的综合星等、颜色与质量/光度比与太阳标度模型存在显著差异，其中V与I波段的偏移最为明显。
• 对于古老、金属丰度高（Z = 0.070）的α增丰等龄线，在颜色-星等图中相比太阳标度等龄线整体向蓝端移动，表明需采用独立的星族合成模型。
• 数据集可通过 http://pleiadi.pd.astro.it 获取，包含完整的演化轨迹、等龄线与两种测光系统（约翰逊-库恩斯与HST/WFPC2）的测光特性，可立即用于星族合成与观测建模。