[论文解读] Sodium production in asymptotic giant branch stars

N. Mowlavï|arXiv (Cornell University)|Oct 29, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 7

一句话总结

本文提出了一种在渐近巨星支（AGB）星中产生钠-23（Na23）的新型原生机制，该机制由两次连续的第三种包覆翻覆过程驱动，将碳和氧输运至表面，随后通过氢燃烧和氦燃烧壳层将这些元素转化为氖-22（Ne22），再进一步转化为钠-23（Na23）。模型表明，当太阳金属度下表面C+N+O丰度增强达到约0.4 dex，或在较低金属度下达到约0.8 dex时，原生Na23可被高效产生，为观测到的AGB星中钠过量提供了新的解释。

ABSTRACT

[condensed] A new scenario is presented for the production of Na23 in asymptotic giant branch (AGB) stars. The scenario takes advantage of the periodic third dredge-up episodes characterizing those stars, which mix primary C12 from their intershell layers to their surface. Two successive interpulse/pulse/dredge-up sequences are then required to produce Na23. During the first sequence carbon and oxygen are converted into N14 by the hydrogen burning shell, and subsequently transformed into Ne22 by the helium burning shell. During the second sequence, Ne22 is converted into Na23 by the hydrogen burning shell, which is brought to the surface by the subsequent dredge-up episode. The Na23 produced by this scenario is thus primary. The efficiency of this scenario is analyzed through standard evolutionary AGB model predictions combined with synthetic calculations for the surface chemical evolution. It is shown that primary Na23 can efficiently be produced as soon as the surface C+N+O abundance enhancement reaches a certain level depending on the stellar metallicity. The required surface C+N+O abundance enhancement amounts to about 0.4 dex in solar metallicity stars, and to about 0.8 dex at a metallicity five times less than solar. ...

研究动机与目标

• 解释在渐近巨星支（AGB）星中无法由标准次级生产机制解释的原生钠-23（Na23）产生的起源。
• 解决AGB星中观测到的钠过量与标准核合成模型预测之间的差异。
• 研究通过重复的第三次包覆翻覆事件和壳层燃烧过程高效合成原生Na23的条件。
• 量化在不同金属度下显著产生Na23所需的表面C+N+O丰度增强程度。

提出的方法

• 本研究采用AGB星的标准恒星演化模型，模拟第三次包覆翻覆事件及其对表面成分的影响。
• 结合合成计算，追踪连续的脉动间期与脉动序列期间的表面化学演化。
• 模型追踪了氢壳层燃烧将C12转化为N14，随后通过氦燃烧生成Ne22，最终通过进一步的氢燃烧生成Na23的过程。
• 通过分析包覆翻覆事件的时间与范围及其对表面丰度的影响，评估Na23生成的效率。
• 分析了启动显著Na23生成所需C+N+O增强的金属度依赖性阈值。
• 通过在不同金属度下构建AGB模型序列的网格，将理论预测与观测约束进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以通过次级生产以外的机制在AGB星中产生原生Na23？
• RQ2 连续的第三次包覆翻覆事件在将碳和氧同位素转化为Na23中起到何种作用？
• RQ3 在AGB星中，表面C+N+O丰度增强达到何种水平时，Na23的生成才变得高效？
• RQ4 Na23生成所需的C+N+O增强阈值如何随恒星金属度变化？
• RQ5 在AGB星中，通过中间产物Ne22从C12到Na23的核合成路径是什么？

主要发现

• 在太阳金属度的AGB星中，当表面C+N+O丰度增强达到约0.4 dex时，原生Na23的生成变得高效。
• 在金属度为太阳五分之一的条件下，为实现显著的Na23生成，所需的C+N+O丰度增强阈值上升至约0.8 dex。
• Na23的生成由两次连续的脉动间期/包覆翻覆序列驱动，其中Ne22在第二次氢燃烧阶段被转化为Na23。
• 该机制本质上是原生的，因为初始的碳和氧是在星体间层区域合成的，随后通过包覆翻覆过程被输运至表面。
• 该模型预测，Na23的生成强烈依赖于AGB演化过程中第三次包覆翻覆事件的时间与效率。
• 该情景为无法仅通过次级生产解释的AGB星中观测到的钠过量现象提供了可行的解释。