[论文解读] The Pisa pre-main sequence tracks and isochrones. A database covering a wide range of Z, Y, mass, and age values

E. Tognelli, P. G. Prada Moroni+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 115被引用 164

一句话总结

本文提出了一套基于更新版FRANEC演化代码计算的预主序恒星轨道与等龄线的综合数据库，整合了最先进的物理模型，包括改进的状态方程和低温下的辐射与导热不透明度。这些模型覆盖了广泛的金属丰度（Z = 0.0002–0.03）、质量（0.2–7.0 M⊙）、年龄（1–100 Myr）以及氦丰度，同时提供了三种混合长度参数（α = 1.2, 1.68, 1.9）和针对Z ≥ 0.008的两种初始氘丰度，为年轻恒星的质量与年龄测定提供了高精度工具，并与观测数据高度一致。

ABSTRACT

In recent years new observations of pre-main sequence stars (pre-MS) with Z <= Zsun have been made available. To take full advantage of the continuously growing amount of data of pre-MS stars in different environments, we need to develop updated pre-MS models for a wide range of metallicity to assign reliable ages and masses to the observed stars. We present updated evolutionary pre-MS models and isochrones for a fine grid of mass, age, metallicity, and helium values. We use a standard and well-tested stellar evolutionary code (i.e. FRANEC), that adopts outer boundary conditions from detailed and realistic atmosphere models. In this code, we incorporate additional improvements to the physical inputs related to the equation of state and the low temperature radiative opacities essential to computing low-mass stellar models. We make available via internet a large database of pre-MS tracks and isochrones for a wide range of chemical compositions (Z = 0.0002 - 0.03), masses (M = 0.2 - 7.0 Msun), and ages (1 - 100 Myr) for a solar-calibrated mixing length parameter α(i.e. 1.68). For each chemical composition, additional models were computed with two different mixing length values, namely α= 1.2 and 1.9. Moreover, for Z >= 0.008, we also provided models with two different initial deuterium abundances. The characteristics of the models have been discussed in detail and compared with other work in the literature. The main uncertainties affecting theoretical predictions have been critically discussed. Comparisons with selected data indicate that there is close agreement between theory and observation.

研究动机与目标

• 为日益详细的年轻恒星系统观测结果提供准确的预主序（pre-MS）模型支持，以应对这一日益增长的需求。
• 提供一个细粒度、广泛适用的预主序演化轨道与等龄线数据库，覆盖多样的金属丰度、质量、年龄与化学成分。
• 通过整合更新的物理输入（如状态方程和低温辐射不透明度）来提升年轻恒星年龄与质量测定的精度。
• 使银河系及大、小麦哲伦云中年轻星团与星协的恒星形成历史与初始质量函数分析成为可能。
• 通过系统性测试不同的混合长度参数与氘丰度，减少预主序演化中的理论不确定性。

提出的方法

• 模型采用经过充分验证的FRANEC恒星演化代码计算，其外边界条件基于详细的恒星大气模型，具有现实性。
• 关键物理输入包括更新的状态方程、改进的低温辐射与导热不透明度，以及基于最新汇编的核反应速率。
• 代码采用太阳校准的混合长度参数（α = 1.68），并额外计算了α = 1.2与α = 1.9的模型，以评估对流处理的敏感性。
• 对于Z ≥ 0.008，模型采用两种初始氘丰度：X_D = 4×10⁻⁵（典型为第二星族）与X_D = 2×10⁻⁵（更适用于第一星族）。
• 数据库包含19种金属丰度（Z = 0.0002至0.03），每种Z对应三种氦丰度，每种化学成分包含43条轨道（质量范围0.2–7.0 M⊙），以及每种成分36条等龄线（年龄1–100 Myr，1 Myr间隔至20 Myr）。
• 所有模型均通过网络公开发布于http://astro.df.unipi.it/stellar-models/，数据以(log T_eff, log L/L⊙)平面形式提供，未来还将支持多种测光系统。

实验结果

研究问题

• RQ1 更新的物理输入（如状态方程与低温不透明度）如何影响赫罗图中预主序轨道的位置与形状？
• RQ2 混合长度参数（α）的变化在多大程度上影响低质量预主序恒星的演化预测？
• RQ3 在低金属丰度条件下，不同的初始氘丰度如何影响预主序恒星的光度与温度演化？
• RQ4 新理论模型在多大程度上能再现年轻恒星系统（如大、小麦哲伦云中的系统）的观测特性？
• RQ5 化学成分（Z与Y）对年轻星团中预主序恒星的年龄与质量测定有何影响？

主要发现

• 该数据库包含19种金属丰度（Z = 0.0002至0.03），每种Z对应三种氦丰度，每种化学成分包含43条演化轨道（质量范围0.2–7.0 M⊙），并涵盖三种α值（1.2, 1.68, 1.9）。
• 对于Z ≥ 0.008，采用两种初始氘丰度（X_D = 4×10⁻⁵与2×10⁻⁵）以区分第一星族与第二星族的差异。
• 模型与来自年轻星团与星协（包括大麦哲伦云中的NGC602）的观测数据高度一致，验证了其在年龄与质量推断中的可靠性。
• 理论轨道与等龄线以(log T_eff, log L/L⊙)平面形式提供，未来将支持多种测光系统。
• 该数据库可通过http://astro.df.unipi.it/stellar-models/公开获取，包含详细的模型文件，列出时间、光度、有效温度、核心状态及能量来源贡献。
• 系统性地讨论了预主序演化中的不确定性，其中最大的不确定性出现在低质量恒星（M < 0.5 M⊙）区域，尤其是低金属丰度恒星。