[论文解读] Fluorine production in intermediate-mass stars

N. Mowlavï, A. Jorissen+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 27, 1996

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 11

一句话总结

本文通过详细的恒星模型和更新的核反应速率，研究了中等质量渐近巨星支（AGB）星中氟-19（19F）的产生。结果确认19F在热脉动期间产生，其产量对峰值温度和脉动动力学极为敏感，但发现采用参数化第三湍流混合的标准模型无法解释观测到的最高19F过量——尤其是在超富锂星WZ Cas中——表明存在未被计入的过程或与金属丰度相关的效应。

ABSTRACT

The 19F production during the first dozen thermal pulses of AGB stars with (M=3,Z=0.02), (M=6,Z=0.02) and (M=3,Z=0.001) is investigated on grounds of detailed stellar models and of revised rates for 15N(a,g)19F and 18O(a,g)22Ne. These calculations confirm an early expectation that 19F {\it is} produced in AGB thermal pulses. They also enlarge substantially these previous results by showing that the variations of the level of 19F production during the evolution is very sensitive to the maximum temperature reached at the base of the pulse. These variations are analyzed in detail, and are shown to result from a subtle balance between different nuclear effects (mainly 19F production or destruction in a pulse, and 15N synthesis during the interpulse), possibly super-imposed on dilution effects in more or less extended pulse convective tongues. Our calculations, as most others, do not predict the third dredge-up self- consistently. When parametrized, it appears that our models of intermediate-mass AGB stars are able to account only for the lowest 19F overabundances observed in solar-metallicity MS, S and C stars. That conclusion is expected to hold true for low-mass stars when F production results from secondary 13C only. Massive AGB stars, on the other hand, are not expected to build up large surface F abundanc- es. Therefore, the large F overabundance reported for the super Li-rich star WZ Cas (where HBB is supposed to be operating) remains unexplained so far. Our results for the (M=3,Z=0.001) star indicate that F surface overabundances can also be expected in low-metallicity stars provided that third dredge-ups occur after the early cool pulses. The relative increase in the surface 19F/12C ratio is, however, lower in the low-metallicity than in the solar-metallicity star. No observations are

研究动机与目标

• 研究不同质量与金属丰度的中等质量AGB星中氟-19（19F）的产生。
• 评估修订后的核反应速率（特别是15N(α,γ)19F和18O(α,γ)22Ne）对19F产量的影响。
• 确定热脉动动力学（包括最大温度和湍流混合）在调节19F表面丰度中的作用。
• 评估标准AGB模型在重现观测到的19F过量（尤其是贫金属和极端恒星）方面的局限性。
• 探讨在脉动时机与混合效率条件下，第三湍流混合事件是否能解释低金属丰度星中19F的富集。

提出的方法

• 构建质量为3 M☉和6 M☉、金属丰度Z = 0.02与Z = 0.001的AGB星详细演化模型。
• 引入15N(α,γ)19F和18O(α,γ)22Ne的最新实验速率，以优化核合成预测。
• 追踪多个热脉动过程中19F与12C表面丰度的演化，重点关注峰值温度与脉动持续时间。
• 模拟脉动期间19F产生、脉动间隙期间15N合成，以及通过α捕获导致的破坏之间的相互作用。
• 对第三湍流混合事件进行参数化，以评估其对表面19F富集的影响，特别是早期与晚期脉动中的差异。
• 将模型预测与主序星、S型星、C型星，以及超富锂星WZ Cas中观测到的19F过量进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 中等质量AGB星在多大程度上可通过热脉动产生可探测的表面19F过量？
• RQ2 19F的产生对脉动底部达到的最高温度有多敏感？
• RQ3 采用参数化第三湍流混合的标准AGB模型能否重现类似WZ Cas恒星中观测到的最高19F过量？
• RQ4 金属丰度在19F表面富集效率中起什么作用，特别是在低金属丰度AGB星中？
• RQ5 为何超富锂星WZ Cas尽管存在热底燃烧，仍表现出如此大的19F过量？

主要发现

• 19F确实在中等质量AGB星的热脉动期间产生，证实了早期理论预期。
• 由于脉动期间19F合成与高温下19F(α,γ)23Ne反应导致的破坏之间存在微妙平衡，不同脉动之间的19F产量差异显著。
• 脉动底部达到的最高温度是控制19F产量的主导因素，温度越高，破坏越严重。
• 第三湍流混合事件仅在早期冷却脉动之后发生时，才能增强表面19F；即便如此，低金属丰度星（Z = 0.001）中19F/12C的相对增加量仍小于太阳金属丰度星。
• 采用参数化第三湍流混合的标准模型无法重现观测到的最高19F过量，尤其在超富锂星WZ Cas中表现明显。
• 大质量AGB星不太可能在表面积累显著的19F，表明需要其他机制来解释某些演化恒星中极端氟富集现象。