平均中子辐照量计算公式对CEMP-s和CEMP-r/s星的应用

最近的研究结果表明,目前流行的~(13)C壳层(~(13)C pocket)在热脉冲间隔期间辐射燃烧的低质量AGB(Asymptotic Giant Branch)星s-过程核合成模型,其核合成区域的中子辐照量分布可视为指数形式,平均中子辐照量τ0和模型参量之间的关系为τ0=-?τ/ln[q/(1-r+q)],式中?τ为每次照射的中子辐照量,r为重叠因子,q为~(13)C壳层占氦中间壳层的质量比例.利用文献中参数化AGB星s-过程核合成模型对20颗CEMP(Carbon-Enhanced Metal-Poor)-s和CEMP-s/r星观测丰度的拟合结果,对该平均中子辐照量计算公式的可靠性进行了检验,并初步探讨其在重元素s-过程核合成理论研究中的作用.研究结果表明:在辐射s-过程核合成机制下,对于经历连续多次中子照射的CEMP星,公式是适用的;和参数化AGB星s-过程核合成模型结合,公式可以作为单辐照或特殊CEMP星的一个有效筛选工具.考虑到~(13)C壳层的不确定性,公式在理解CEMP星中子俘获元素观测丰度产生的物理条件方面的作用值得做进一步的探讨.     

中子辐照量指数分布函数式中比例系数和平均中子辐照量的计算公式

已有的研究表明,在AGB(Asymptotic Giant Branch)星s-过程核合成模型发展演化的3个典型阶段中,其核合成区域中子辐照量分布在有效取值范围内都可视为指数分布,即ρ_(AGB)(τ)=C/τ_0 exp(-τ/τ_0),但式中比例系数C和平均中子辐照量τ_0的具体表达式相关文献中并未全部给定.通过深入剖析中子辐照量指数分布函数的基本求解方法,并系统梳理不同恒星模型中子辐照量分布函数的求解过程,得到了C和τ_0的计算通式及其辅助关系式.只要确定了恒星模型中子辐照量的分立分布函数,就可以据此组公式确定出C和τ_0与模型参量之间的关系式.所得结果有效地解决了利用解析方法求解目前流行的~(13)C壳层(~(13)C pocket)辐射燃烧AGB星s-过程核合成模型中子辐照量分布问题.     

AGB星辐射s-过程核合成模型中子辐照量分布的计算方法和特点

考虑到模型参量随脉冲数的变化,推导出13C辐射燃烧的低质量AGB星s-过程核合成模型中子辐照量分布的计算方法,该方法具有普适性和简洁性.利用该方法,计算了3 M☉、太阳金属丰度恒星模型的中子辐照量分布.结果表明,若合理假设13C薄层内中子数密度均匀分布,则辐射核合成模型最终的中子辐照量分布趋近于指数分布.对于初始质量一定、金属丰度一定的恒星模型,平均中子辐照量τ0与每个脉冲的中子辐照量△τ存在确定的关系:τ0=0.434λ(q1,q2…qmmax+1,r1,r2…rmmax+1)△τ,式中mmax是带挖掘的脉冲总数,比例系数λ(q1,q2…qmmax+1,r1,r2…rmmax+1)可通过对最终中子辐照量分布的指数拟合得到.该式从中子辐照量分布角度定量地将经典模型和辐射s-过程核合成模型统一起来,使经典模型能为恒星模型核合成数值计算提供指导和约束.     

计算平均中子辐照量的新公式

根据13C辐射燃烧的低质量AGB(Asymptotic Giant Branch)星s-过程核合成模型,考察了氦壳层核合成区域中子辐照量分布(以下简称DNE)的特点.结果表明,该模型的DNE同以前的对流核合成模型一样仍然非常接近指数分布,但是每个脉冲的中子辐照量△r和平均中子辐照量To之间的关系却不再是To=-△T/lnr,而近似为To=-△r/ln{q[1.0020 0.6602(r-q) 4.6125(r-q)2-10.8962(r-q)3 13.9138(r-q)4]}(r为重叠因子, q为13C壳层占氦壳层的质量比例).该式从DNE角度将辐射s-过程恒星模型和经典模型统一起来.     

低质量AGB星He壳层内重元素核合成

以^13C（α,n)^16O和^22Ne(α，n）^25Mg作为双脉冲中子源，对于星族Ⅰ低质量AGB星，采用无分叉s-过程反应通道，结合最新恒星深化的计算结果，在各物理参量合理取值范围内，计算了He壳层内重元素核合成。结果表明，渐近分布时所需的脉冲数N0的范围是6－16个，渐近分布达到后，He壳层内重元素的丰度仅与平均中子辐照量τ0有关。与低质量AGB星相应的平均中子辐照量范围是τ0=0.15-1.0mb^-1。     

AGB星s-过程核合成区域中子辐照量分布

介绍了AGB(Asymptotic Giant Brahch)星s-过程核合成区域中子辐照量分布的最新研究结果.然后将不同AGB星s-过程核合成模型给出的太阳系中子辐照量分布与由观测约束得出的结果进行对比,分析论证了最新研究结果的可靠性.     

AGB星s-过程核合成相关问题的研究进展

综述了近年来AGB星核合成理论的研究情况,述及AGB星的结构与s-过程核合成有关的中子辐照量分布、人们比较关注的铅星与非铅星、后AGB星元素丰度分布及与AGB星核合成有关的s r星。     

CEMP星HE 1005-1439中子俘获元素天体物理来源的研究

HE1005-1439是一颗金属丰度极低([Fe/H]～-3.0)的碳增丰贫金属星(Carbon Enhanced Metal-Poor,CEMP),该星的s-过程元素显著超丰([Ba/Fe]=1.16±0.31,[Pb/Fe]=1.98±0.19),而r-过程元素温和超丰([Eu/Fe]=0.46±0.22),使用单一的s-过程模型和i-过程模型均不能拟合该星中子俘获丰度分布.采用丰度分解的方法探究该星化学元素的天体物理来源可有助于理解CEMP星的形成和化学演化.利用s-过程和r-过程的混合模型对其中子俘获元素的丰度分布进行拟合,发现该星的中子俘获元素主要来源于低质量低金属丰度AGB伴星的s-过程核合成,而r-过程核合成也有贡献.     

CEMP星HE1005-1439中子俘获元素天体物理来源的研究

HE1005-1439是一颗金属丰度极低([Fe/H] ~ - 3.0)的碳增丰贫金属星(Carbon Enhanced Metal-Poor,CEMP), 该星的s-过程元素显著超丰([Ba/Fe] = 1.16±0.31, [Pb/Fe] = 1.98±0.19), 而r-过程元素温和超丰([Eu/Fe] = 0.46±0.22), 使用单一的s-过程模型和i-过程模型均不能拟合该星中子俘获丰度分布. 采用丰度分解的方法探究该星化学元素的天体物理来源可有助于理解CEMP星的形成和化学演化. 利用s-过程和r-过程的混合模型对其中子俘获元素的丰度分布进行拟合, 发现该星的中子俘获元素主要来源于低质量低金属丰度AGB伴星的s-过程核合成, 而r-过程核合成也有贡献.     

小质量AGB星热脉冲阶段氟的核合成

本文计算并讨论了当13C以渐进注入方式进入氦燃烧壳层时，19F在小质量AGB星热脉冲中的核合成问题．采用小质量AGB星热脉冲的氢氦混合燃烧模型，中子源为13C（a,n）16O，质子则是脉冲开始时从氢燃烧壳层卷入的．对丰度的数值计算结果表明，在小质量AGB星的热脉冲中，19F是能够有效合成的，有效合成的温度T的范围为1．8≤D＜2．8（T8=T/108K）．采用小质量AGB星的挖掘模型，计算了AGB星大气中氟、氧等元素丰度的变化，较好地拟会了观测结果．对中子源的双脉冲机制，本文亦做了初步探讨．     

两颗CEMP-s视单星化学元素的天体物理来源研究

CS30301–015和HE1045+0226是两颗C元素和s-过程元素均超丰的贫金属(CEMP-s)星.视向速度观测发现这两颗星可能为单星.采用叠加与分解的方法探究这两颗星化学元素的天体物理来源能够为更好地理解银河系早期化学演化提供线索.计算结果表明:这两颗星的轻元素和Fe族元素主要产生于大质量星的primary过程.对于CS 30301–015,中子俘获元素主要来自AGB (Asymptotic Giant Branch)星中的主要s-过程. Pb的显著超丰主要归因于主要s-过程的贡献(约占Pb观测丰度的99.8%).需要更多的视向速度观测来确定这两颗星的轨道特征.对于HE 1045+0226, 56Z (质子数)62的重中子俘获元素主要来源于主要s-过程; Eu主要来源于主要r-过程.而轻中子俘获元素Y和Zr主要来自快速自转大质量星的primary弱s-过程,这一核合成过程对HE 1045+0226的Y和Zr丰度的贡献分别约为69.8%和67.6%.这从观测的角度证明弱s-过程能够在贫金属环境下发生.     

贫金属星重元素丰度分布的参数化研究

基于大量贫金属星元素丰度的观测资料,以太阳系重元素丰度分布为标准,选取Sr、Ba、Eu分别作为贫金属星弱s-过程、主要s-过程、r-过程3种核合成的典型元素,采用参数化方法,分析了不同核合成过程对贫金属星重元素丰度的贡献比例.研究表明:金属丰度越高,弱s-过程、主要s-过程对较轻的中子俘获元素丰度的贡献就越大,较重的中子俘获元素主要由r-过程和主要s-过程产生;金属丰度较低,重中子俘获元素丰度主要由r-过程产生,星系早期弱s-过程对元素丰度几乎没有贡献.     

中等质量恒星在赫罗图中由E-AGB星进入TP-AGB星的分界点

通过对3～10 M_☉恒星在赫罗图上演化轨迹的研究,分析恒星内部氦壳层燃烧峰值处能量、密度、温度、氦壳层表面光度与恒星表面光度比及恒星半径的变化,给出了中等质量恒星由早期AGB星演化至热脉冲AGB星阶段在赫罗图上的分界点,与119颗碳星的观测结果吻合得相当好.同时提出:在恒星演化至该分界点之后,其星风物质损失公式可能需要引入一个与表面光度无关的量以主导超星风的形成.在此基础上,通过对考虑湍流压效应下5 M_☉恒星的结构和演化及星风物质损失率的分析,发现湍流压在热脉冲AGB星阶段对星风物质损失影响较大,从而使得热脉冲AGB星的湍流压不可忽略,进而提出了影响热脉冲AGB星星风物质损失的可能的物理因素.     

AGB星氦燃烧壳层源出现非稳定热核反应的判据

建立了热脉动AGB星氦燃烧壳层源出现非稳定热核反应的判据,新判据包含 了丰富的物理信息,它不仅与热脉动AGB星氦燃烧壳层源的几何性质有关,而且与氦燃 烧壳层源的力学、热学和化学的性质都有关． 提出了热脉动AGB星氦燃烧壳层源非稳定热核反应的发生和消失的机理,它可表述 为:热脉动AGB星氦燃烧壳层源的局部区域出现对流不稳定区会触发非稳定热核反应的 发生,非稳定热核反应会促使氦燃烧壳层源急速膨胀,氦燃烧壳层源的急速几何形变会消 除非稳定热核反应． 用改进后的Kippenhahn恒星演化程序对5M(?)恒星进行了从主序星到热脉动AGB 星的演化模型计算,结果表明新判据能很好地反映5M(?)AGB星氦燃烧壳层源的热核反应 情况．并得出5M(?)热脉动AGB星在第6次热脉动周期阶段,被挖掘到热脉动AGB星 表面的元素主要是在温度lgT2／K<8．155和密度4．0相似文献   

贫金属星中子俘获元素的丰度分布

在提出的贫金属星中子俘获元素丰度的计算模型基础上研究1999年新发表的21颗贫金属星的中子俘获元素丰度分布。结果表明，对较重的中子俘获元素理论预测曲线与观测值符合得很好，而对较轻的中子俘获元素二者有所偏离。这表明在贫金属环境下，对较重的中子俘获元素各核合成过程产生的丰度分布与太阳系中相应过程的丰度分布相似，但贡献比例与太阳系不同；而对较轻的中子俘获元素丰度分布与太阳系的丰度分布有所偏离；这也说明较轻的和较重的中子俘获元素的核合成场所不同，即具有不同的核合成机制。同时还特别讨论了丰度观测误差对表征各核合成过程的分量系数的影响。     

外赋AGB星星风吸积的角动量守恒模型

用整个系统的角动量守恒条件代替切向动量守恒条件,推导出星风质量吸积及轨道参量变化方程．在新的轨道参量变化方程的基础上,计算了外赋AGB星系统的星风质量吸积及轨道参量的变化．将星风吸积模型同内禀AGB星核合成模型结合起来,通过逐次脉冲吸积质量和混合,自洽地计算外赋AGB星的重元素超丰,并给出计算结果与观测值的比较．对初始质量较大的Ba星（M2．0＝2．5M⊙）,当系统轨道周期大于1300天时,属于星风吸积,小于600天成为共同包层双星或灾变双星．对初始质量较小的Ba星（M2．0＝13M⊙）,当系统轨道周期大于1600天时,属于星风吸积,小于600天时成为灾变双星,由此可以解释Ba星的重元素超丰和轨道参量的观测事实,并有利于解释观测到的外赋S星轨道周期的600天下限．随着星风吸积过程的进行,轨道偏心率逐渐增大,这对解释Ba星轨道偏心率平均值大于外赋S星和CH星平均值的观测事实有利．     

贫金属星中子俘获元素丰度

贫金属星的中子俘获元素丰度与恒星的形成和演化密切相关,它为研究星系形成早期的历史背景和化学演化提供了重要信息。贫金属星中子俘获元素丰度的研究已成为近年来核天体物理研究的前沿和热点。介绍了恒星内部重元素的核合图像,ｓ过程和ｒ过程核合成的概念及其核合成场所。着重介绍了近年来有关贫金属星中子俘获元素丰度的观测结果,综述了近年来贫金属星子俘获元素分布的理论研究进展情况和中子俘获元素的星系化学演化的研究进展     

Mg超丰恒星的性质及其起源的研究

Mg超丰恒星([Mg/Fe]1.0)的特殊丰度模式无法用普通恒星的Mg元素起源和银河系化学演化机制解释。对这类特殊天体的起源和演化及化学丰度性质的研究,有助于深化理解恒星核合成及星系演化中一些特殊过程。首先介绍了目前文献中由高分辨率光谱证认的Mg超丰恒星,并对这些恒星的大气参数、运动学参数和化学丰度特征等性质及其起源机制进行了分析。其次统计了在斯隆巡天数据中系统搜寻的Mg超丰恒星候选体的大气参数和运动学分布特征,并且筛选了其中C超丰的候选体。研究发现绝大部分Mg超丰恒星表现了C超丰;在Mg超丰恒星中,存在中子俘获元素超丰的那些恒星都存在于双星系统中,其演化过程受到了AGB伴星的影响;而没有表现中子俘获元素超丰的那些恒星极有可能起源于第一代低能量超新星,部分恒星具有很高的空间速度,这类空间速度大于300 km/s的Mg超丰恒星可能是搜寻第一代恒星([Fe/H]-5.0)的最好样本。     

一颗光学厚Mira星NV Aur

本文利用能量守恒的方法,对光学厚Mira变星NV Aur在其相位0.206处的光学及红外波段的观测值进行模型拟合处理,得到其中心星有效温度值T_*=1750K,亮层有效温度T_d=250K。我们发现富氧AGB星的25μm处的光度和周期有很好的相关,通过此周光关系,算出了NV Aur的距离d≈590pc,中心星光度约为9.4×10~4L_⊙,中心星半径为3.4×10~3R_⊙,尘埃壳层光学厚度τ_v=2.7,显示其为一光学厚Mira星,中心星为一红超巨星。我们所得质量流失率(?)=3.1×10~(-6)M_⊙/yr,与Knapp等人从CO观测得到的5.7×10~(-6)M_⊙/yr在量级上相符。在本文中还给出了NV Aur的球对称壳层黑体谱模型。     

观测证据对小质量AGB星13C中子源的约束

¹³C(α,n)¹⁶O反应是小质量渐近巨星分支(asymptotic giant branch,AGB)星(M/M_⊙≤3,M和M_⊙分别表示AGB星的质量和太阳质量)内s过程(慢中子俘获过程)的主要中子源。在对流热脉冲间隔期间,一个储层(即所谓的“¹³C袋”)内的¹³C在辐射条件下(约8 keV)燃烧并释放中子。到目前为止,¹³C袋的物理形成过程仍远未被充分理解,因此¹³C袋的结构也一直无法被完全确定。在后处理核合成计算中,¹³C袋通常是利用观测数据通过自由的参数化来约束。从基本原理、主要效果及局限性等方面综述了不同观测证据对¹³C袋的约束作用,最后展望了¹³C中子源约束问题未来可能的研究方向。