恒星演化晚期阶段研究中的流体动力学计算方法

综述了数值模拟恒星演化晚期阶段所使用的流体动力学计算方法和程序等方面的情况以及研究现状。     

恒星绝热物质损失模型

双星间的快速物质交换是一个非常复杂的过程,它涉及到双星演化的两个基本问题:物质交换的动力学不稳定性和公共包层的形成和演化.这两个问题是双星演化中最不清楚的两个基本问题.本论文通过建立相互作用双星之间的快速(绝热)物质损失模型,研究双星演化中物质交换的不稳定性判据和对公共包层的演化结局作出理论限制.利用恒星绝热物质损失模型得到的结果,还有很多潜在应用.比如,促进含双星的大样本恒星演化研究,改进演化星族合成方法等.恒星绝热物质损失模型的建立,基于主星在快速物质损失过程中,恒星内部的热量来不及交换,     

银盘径向丰度梯度及冷气体的演化

为了理解银盘的径向丰度梯度形成机制及冷气体演化,构建了银盘化学演化模型.模型中采用了与分子氢相关的恒星形成律,分开计算了分子氢和原子氢的质量面密度演化,并将模型预言和观测到的各物理量径向轮廓进行了比较.结果表明,模型预言对所采用的内落时标非常敏感,采用与分子氢相关的恒星形成律的模型能够较好地符合银盘基本的观测特征,尤其是能够自然地得到银盘的径向氧丰度梯度和冷气体的径向面密度轮廓.采用瞬时或非瞬时循环假设对冷气体的演化影响不大,在气体密度较低的情况下更是如此.     

银河系化学演化及球状星团多星族问题研究

<正>恒星的化学元素丰度特征能够反映其形成和演化历史.以化学元素丰度为手段,研究了银河系中恒星的径向迁移对银河系化学演化的影响,以及球状星团中渐进巨星支(AGB)恒星的多星族问题.近年的观测和理论研究表明:恒星在银盘里有径向迁移.基于详细的银河系化学演化模型,再采用分布函数模拟恒星径向迁移过程,研究了恒星的径向迁移对银盘径向元素丰度梯度的影响.结果显示:     

转动恒星结构与演化研究

恒星的自转 ,是恒星结构和演化理论的难点。近年来有许多观测事实 ,特别是早型大质量星的观测事实 ,预示恒星的自转效应可能引起恒星内部的物质向外转移 ,造成恒星表面一些元素丰度超丰 ,并且对恒星结构和演化产生重要影响 ,因此 ,恒星的自转问题受到了越来越多的关注。考虑自转效应后 ,恒星结构和演化模型将是二维模型 ,本文综述了诸多作者如何将二维的恒星结构和演化模型简化为一维模型。作者在研究了以上作者的简化方法后 ,提出了一种比较简单的新方法。这种方法基于如下假设 :假设在等势面上的温度 ,密度 ,压强 ,光度 ,化学组成和角速度等物理和化学量近似于均匀分布 ,并且这些量与等价球面上的量相同。 (等价球面是假想的球面 ,它包围的体积与等势面包围的体积相等。)我们在等价球面上推出新的转动恒星结构和演化方程 ,构造出新的演化模型。这个模型与不考虑转动效应的演化模型相比 ,有以下变化 :流体静力学平衡方程变化 ;辐射温度梯度变化 ,并引起对流判据变化 ;星风物质损失和角动量损失增大。作为转动恒星结构和演化模型的应用 ,我们研究了中 ,小质量星中心氦燃烧阶段在赫罗图中的演化轨迹发生来回摆动 (又称为蓝回绕 )的物理机制问题。有诸多作者曾经研究了可以影响蓝回绕的各种因素。但是不知     

恒星大气模型的应用

本文总结了如何将恒星大气模型计算结果与实测进行比较以获得恒星的一些重要物理参量的方法。这些物理参量包括:有效温度T_(eff)、表面重力加速度logg、元素丰度x_i、湍流速度ξ_t、恒星半径R、自转速度Vsini、角直径θ、质量M、光度L,关于恒星演化状态的信息等。     

恒星辐射不透明度对赫罗图中蓝回绕的影响(英文)

使用不同的恒星辐射不透明度数值 ,对 5至 9个太阳质量恒星的演化模型进行计算 ,来研究辐射不透明度对赫罗图中蓝回绕的影响。结果表明在赫罗图中 ,使用OPAL不透明度值的恒星演化迹中存在着蓝回绕。而且 ,随着辐射不透明度的增加 ,蓝回绕会快速收缩直至消失     

中等质量富金属AGB长周期变星的振动研究

本文采用恒星演化计算与恒星振动计算相结合的方法，对中等质量富金属恒星演化到渐近巨星分支时的振动性质进行了分析研究，从理论上得出这类恒星的振动方式是处于一阶谐频振动，而振动的激发则是在氢电离区和氦的二次电离区由多种机制共同作用造成的，同时提出很长周期的ＡＧＢ长周期变星只能是由中等质量恒星演化到ＡＧＢ阶段形成的。我们的理论计算结果还比较支持在ＡＧＢ顶端存在巨大星风物质损失的观点，且这种星风物质损失很可能与恒星振动有关。     

中等质量富金属AGB长周期变星的振动研究

本采用恒星演化计算与恒星振动计算相结合的方法，对中等质量富金属恒星演化到渐近巨星分支时的振动性质进行了分析研究，从理论上得出这类恒星的振动方式是处于一阶谐频振动，而振动的激发则是在氢电离区和氦的二次电离区由多种机制共同作用造成的，同时提出很长周期的ＡＧＢ长周期变星只能是由中等质量恒星演化到ＡＧＢ阶段形成的。我们的理论计算结果还比较支持在ＡＧＢ顶端存在巨大星风物质损失的观点，且这种星风物质损失很可     

上部主序星非径向脉动不稳定模

根据非局部和非定常恒星对流理论,计算了质量3～30 M_⊙恒星演化模型低球谐阶(l=1～4)p4～g39非径向模的线性非绝热脉动,研究了对流对非径向脉动的影响.结果表明,对流对恒星非径向脉动稳定性有不可忽略的影响.然而假若不关注单个恒星和单个振动模的细节,从总体上粗略地看,理论的脉动不稳定区的大致位置和范围并未受到对流的明显影响.     

大质量恒星演化研究

由于高光度和高质量损失率等特性，大质量恒星在星系形成和演化等现代天体物理学的研究中扮演着重要的角色。自上世纪中叶以来，恒星物理研究揭示了大质量恒星内部结构和演化的主要特性，并且构造了一些大质量恒星的演化模型。然而，近年来对大质量恒星的观测表明，已有的这些理论演化模型与观测结果之间存在着严重的分歧。在主导大质量恒星演化最主要因素(即质量损失、内部对流等问题)的处理上，现有的理论有很大的缺陷。综述了目前对上述这些问题的研究现状，并探讨了今后的研究方向。     

关于太阳底部贯穿对流区的延伸程度

众所周知 ,贯穿对流对恒星演化有至关重要的影响 .然而至今对此问题尚无完善的理论处理方法 .尽管该问题已经取得了很大的进展[1-4 ] ,但在恒星演化计算中处理贯穿对流最广泛的仍是某种唯象的混合长理论[5,6] .日震学提供了一个探测太阳内部结构的强有力手段 ,它对恒星对流理论给出了一个严格的限制 .　　在过去几年中 ,利用日震方法探测太阳对流区之下贯穿对流区的结构引起了人们的特别关注 .所有的理论研究都是根据这样一种简单的唯象贯穿对流模型[5-9] :在稍许高于绝热温度梯度的对流区的下方 ,紧贴着的是一个稍许低于绝热温度梯度的贯穿…     

8M⊙恒星演化过程中湍流应力作用效果的分析

以恒星结构与演化理论中常用的混合程理论为基础，将湍流作用表现出来的宏观应力引入恒星结构与演化模型中的流体静力学平衡方程．通过计算8M⊙恒星从主序星到早期AGB星演化过程中湍流应力梯度与引力的比值来研究湍流作用对恒星演化与结构的影响．结果发现：在核燃烧阶段其比值很小，湍流作用几乎可以忽略；但在RGB和早期AGB演化阶段，发现在恒星外部存在一个湍流应力梯度为引力的几倍到几十倍的很小区域，而该小区域以外的对流区内湍流作用力能达到引力的65％，这些对AGB星的中心温度变化与热脉动发生的时间等恒星结构与演化规律有不同程度的影响．     

8M_■恒星演化过程中湍流应力作用效果的分析

以恒星结构与演化理论中常用的混合程理论为基础,将湍流作用表现出来的宏 观应力引入恒星结构与演化模型中的流体静力学平衡方程．通过计算8M(?)恒星从主序星 到早期AGB星演化过程中湍流应力梯度与引力的比值来研究湍流作用对恒星演化与结构 的影响．结果发现:在核燃烧阶段其比值很小,湍流作用几乎可以忽略;但在RGB和早 期AGB演化阶段,发现在恒星外部存在一个湍流应力梯度为引力的几倍到几十倍的很小 区域,而该小区域以外的对流区内湍流作用力能达到引力的65％,这些对AGB星的中心 温度变化与热脉动发生的时间等恒星结构与演化规律有不同程度的影响．     

大质量恒星演化的若干问题(英文)

大质量恒星由于其高光度、短寿命和质量损失 ,对星系的积分光谱能量分布和重元素增丰起主导作用 ,从而在研究星系的形成和演化上具有特殊的意义。特别是随着天文设备的长足进展 ,我们可以回溯宇宙演化的历史 ,得到形成初期时星系的观测性质。那时 ,大质量恒星主导星系的辐射性质 ,这更加突出了对大质量恒星进一步了解的迫切性。但是大质量恒星的演化性质相对中小质量恒星而言 ,有很多不确定性。本文通过对比现有恒星模型与实测结果 ,对现有大质量恒星演化理论中存在的几个与对流和质量损失相关的问题进行了评述 ,并对从理论上 ,特别是通过数字模拟方法对这些问题进行诊断提出了展望。     

演化的星族合成方法

演化的星族合成方法是在给定恒星形成率和初始质量函数的前提下，利用理论的恒星演化轨迹和恒星光谱库得到的组合特征（光谱，光度），拟合星系、星团等恒星复合天体的观测特征，给出其中星族组成的一种有效方法。对演化的星族合成方法在天体物理研究中的重要意义及其原理和算法以及影响演化星族合成方法结果的最主要的四个输入量：恒星演化轨迹、恒星光谱库、初始质量函数和恒星形成率进行了评述。     

红巨星∈Ophiuchi的类太阳振动

最近在红巨星∈ Ophiuchi(G9.5Ⅲ)中观测到了类太阳振动.大频率间隔为4.8μHz,并证实了∈ Ophiuchi中存在非径向振动模.依据∈ Ophiuchi红巨星观测到的振动频率数据和它在赫罗图中的位置,采用恒星演化计算与恒星振动计算相结合的方法,对∈ Ophiuchi红巨星的质量、金属丰度、年龄、半径进行了初步的限制.     

银河系中探测第一代恒星的几率

第一代恒星是形成于宇宙大爆炸后的原始气体中的、不含重于碳元素的、寿命大于14Gyr的、迄今尚未演化的最古老的恒星.长期的观测结果表明银河系中尚未发现金属丰度([Fe/H])为零、甚至金属丰度[Fe/H]≤-6的恒星.为解释这一观察现象,将以Tsuiimoto等人提出的银晕的化学演化模型为基础,假设形成第一代恒星的初始质量函数具有Miller-Scalo的形式,从理论上预言和讨论探测第一代恒星的可能性.利用已有的晕星的观测资料限定模型的参数.如果形成恒星的云的质量为106M-107M,模型结果预言探测到第一代恒星的几率为6.14×10-4-6.14×10-5.     

星族等时综合模型的现状

总结了星族综合模型的两个要素：处于根本地位的恒星演化计算，以及把理论赫罗图转化为可观测量的光谱定标。当前恒星模型中的不确定性来自于输入的物理参数；原子数据，对流理论，辐射区的混合和和质量丢失。光谱定标不准是因为尚没有准确的温度测定，准确的分光光度测量，而且光谱库中缺少一些类型的恒星。     

在天体物理研究中常用的计算程序ZEUS,ATHENA和NIRVANA的发展及应用

流体动力学(Hydrodynamics,HD)与磁流体动力学(Magnetohydrodynamics,MHD)高效数值计算方法被广泛应用于天体物理领域,用来研究和解释天体系统中有关磁场和流场的演化以及能量转化过程,如磁重联、恒星演化及形成、吸积盘等问题。通过对三个开源程序ZEUS,ATHENA和NIRVANA的探讨,详细阐述经典网格方法的起源、发展及适用于求解MHD方程的数值方法。同时介绍了基于此类程序已展开的科研工作和获得的成果,旨在通过对一些具体实例的计算的介绍,分析相应算法的优缺点,探索有关算法和程序在天体物理领域中的应用。希望提供给读者关于MHD数值优化方面一些参考与借鉴。