[论文解读] The modelling of intermediate-age stellar populations: I- near-infrared properties

M. Mouhcine, A. Lançon|ArXiv.org|May 30, 2002

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 50被引用 51

一句话总结

本文提出了一种新的合成星族模型，自洽地包含了质量损失、第三湍流混合和包层燃烧对热脉动渐近巨星支（TP-AGB）恒星的影响，以准确预测中等年龄星族的近红外（near-IR）光谱和测光特性。该模型无需人为校正即可成功再现大麦哲伦云星团中观测到的总辐射和K波段光度、碳星贡献以及颜色演化，表明包层燃烧使红化颜色演化更加平滑，且在低金属度下碳星占主导地位。

ABSTRACT

In this paper, we discuss how the integrated properties of intermediate-age single burst population, especially in the near-infrared, behave as a function of age and metallicity. Our models take into account all stellar evolutionary phases that affect the evolution of the integrated optical and near-infrared spectrum of such a population. Particular care was dedicated to the Asymptotic Giant Brach stars, which can be dominant at near-infrared wavelengths. First we present new synthetic model that takes into account the relevant physical processes that control the evolution through the thermally pulsing AGB. In the isochrone presented in this paper the lifetime and the nature of the AGB stars are established as consequences of the interplay between the physical processes that control the AGB star evolution. The contribution of these stars to the integrated light of the population is thus obtained in a consistent way. We optimize our models by using a new stellar library that explicitly takes into account the spectral features thar characterize only AGB stars in comparison to other cool and luminous stars (abriged)

研究动机与目标

• 提高中等年龄星族在近红外波段的演化星族合成模型的准确性。
• 解决观测与预测的星族近红外特性之间的差异，特别是那些由AGB星主导的星族。
• 将控制AGB演化过程的物理机制——质量损失、第三湍流混合和包层燃烧——自洽地整合到模型中。
• 评估富氧和富碳AGB星对总光（尤其是K波段和总辐射光度）的贡献。
• 检验利用近红外波段的宽、窄带颜色识别后星暴星族并约束金属丰度的可行性。

提出的方法

• 开发了一套新的AGB星合成演化轨迹网格，明确采用解析公式建模质量损失、第三湍流混合和包层燃烧。
• 使用专门构建的恒星谱库对模型进行校准，该谱库包含AGB星特有的光谱特征，可将其与其它冷却、明亮的恒星区分开。
• 通过累加所有恒星演化阶段的贡献（特别关注TP-AGB阶段）来计算综合近红外星等和颜色。
• 以大麦哲伦云星团的观测数据（如Frogel et al. 1990；Ferraro et al. 1995）作为模型验证的基准。
• 重新分析对AGB星敏感的窄带指数（Lançon et al. 1999），以评估其在探测中等年龄星族中的实用性。
• 将模型预测与观测的VJHK颜色和光度函数进行比较，以检验在不同年龄和金属度下的自洽性。

实验结果

研究问题

• RQ1 包层燃烧和第三湍流混合如何影响中等年龄星族在近红外波段的光度和光谱能量分布？
• RQ2 明亮AGB星和碳星对总辐射光度和K波段光度的贡献是多少？其贡献如何随年龄和金属度变化？
• RQ3 为何观测到的中等年龄星团近红外颜色偏离经典模型？这些偏差能否由AGB物理过程解释？
• RQ4 近红外波段的宽、窄带颜色能否可靠地识别后星暴星族？富碳AGB星在此过程中起什么作用？
• RQ5 模型预测对上AGB星有效温度标度的不确定性有多敏感？

主要发现

• 该模型无需引入人为校正因子，即可准确再现大麦哲伦云星团中明亮AGB星对总辐射光度和K波段光度的贡献。
• 碳星对总辐射光度的贡献随金属度降低而显著增加，与观测结果一致。
• 包层燃烧导致近红外颜色呈现渐进、平滑的红化演化，消除了早期模型预测的剧烈颜色跃迁。
• 引入碳星后，模型预测的颜色显著变红，且在高金属度下差异更大。
• 该模型成功预测了AGB星贡献在总辐射和K波段光度中达到峰值的年龄，与观测趋势一致。
• 该模型对AGB星初始质量-最终质量关系和周期-光度关系的预测与观测到的单颗AGB星特性一致。