[论文解读] The evolution of AGB stars with convective overshoot

Falk Herwig|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用 23

一句话总结

本文研究了时变湍流超射对渐近巨型分支（AGB）星演化的影响，重点分析了在氦闪和包层对流期间，对流边界处的扩展混合如何影响星体的结构与化学演化。关键结果表明，超射显著增强了第三次上翻过程，使低质量AGB星能够成为碳富集星，并促进s-过程核合成所需的$^{13}$C空穴的形成。

ABSTRACT

The influence of extended convective mixing (overshoot) on asymptotic giant branch stellar evolution is investigated in detail. The extended mixing is treated time-dependently, and the efficiency declines exponentially with the geometric distance from the convective boundary. It has been considered at all convective boundaries, including the He-flash convection zone in the intershell region which forms during the thermal pulses. Both the structural and the chemical evolution are affected by the inclusion of overshoot. The main results include a very efficient third dredge-up which leads to the formation of carbon stars of low mass and luminosity. A C13 pocket which may serve as a neutron source for the s-process can form after the third dredge-up has reached into the C12 rich intershell. Overshoot applied to the pulse-driven convective zone during the He-flash leads to a deeper penetration of the bottom of this convective zone into the C/O core below the He-burning shell. This in turn causes He4 to be less abundant in the intershell while C12 and O16 are more abundant compared to calculations without overshoot. We show that overshoot at the He-flash convection zone as well as at the base of the envelope convection enhance the efficiency of the third dredge-up. Characteristic properties of the structural and chemical evolution of AGB stars are presented.

研究动机与目标

• 理解对流超射如何影响AGB星的结构与化学演化。
• 解决AGB模型中的矛盾，特别是低质量恒星在缺乏额外混合时第三次上翻不足的问题。
• 研究在氦闪期间包层对流区底部和脉动驱动对流区（PDCZ）中超射的作用。
• 评估超射对表面丰度演化的影响，包括同位素比值和s-过程核合成。
• 确定超射是否能调和模型预测与碳星及后AGB星观测之间的差异。

提出的方法

• 在所有对流边界处应用时变的指数扩散型超射，其效率随距离对流边界越远而呈指数衰减。
• 利用包含非局部、时变对流与超射物理的详细恒星演化代码计算恒星演化模型。
• 在氦闪期间，将超射应用于包层对流区底部和脉动驱动对流区（PDCZ）底部。
• 跟踪核心质量、温度分布及丰度分布的变化，特别是$^{12}$C、$^{16}$O、$^{13}$C和同位素比值。
• 通过热脉动过程监测化学演化，重点关注上翻效率以及$^{13}$C和$^{14}$N空穴的形成。
• 比较有超射与无超射模型，以分离超射对表面丰度和核合成的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 包层对流区底部的对流超射如何影响低质量AGB星第三次上翻的效率？
• RQ2 在氦闪期间，脉动驱动对流区中的超射对中间壳层和核心成分有何影响？
• RQ3 超射如何影响$^{13}$C空穴的形成及其特性，该空穴是s-过程的关键中子源？
• RQ4 超射在多大程度上改变了AGB星表面氧、镁和碳的同位素比值？
• RQ5 超射能否解决AGB模型预测与碳星及后AGB星观测之间的差异？

主要发现

• 包层对流区底部的超射显著增强了第三次上翻，使低质量AGB星即使在低光度下也能成为碳富集星。
• 引入超射后，上翻物质中$^{16}$O丰度相比无超射模型提高了五至十倍。
• 氦闪对流区中的超射导致更深入地渗透至C/O核心，减少$^{4}$He含量，同时增加中间壳层中$^{12}$C和$^{16}$O的含量。
• 在3–4 M$_{\odot}$模型中，前十几个热脉动期间，$^{24}$Mg/$^{25}$Mg和$^{24}$Mg/$^{26}$Mg同位素比值下降了38–40%，表明脉动驱动对流区底部温度更高。
• 超射使在第三次上翻后，包层与核心界面处形成$^{13}$C空穴，为s-过程提供持续的中子源。
• 在超射模型中，核心质量在后期热脉动期间保持不变或减少，这与非超射模型不同，且与H缺乏的后AGB星观测结果一致。