中等质量星演化中的蓝拐和CNO双循环

发布时间：2020-04-09 03:17

【摘要】： 天体物理学家第一次成功地计算中等质量恒星演化到中心氦燃烧阶段，就发现蓝拐现象，它是赫罗图上形成黄巨星分支的重要理论条件。但由于蓝拐对很多输入物理，如对流的混合长理论，对流超射，初始元素丰度等都十分敏感，稍稍不同就会抑制或触发蓝拐，因此蓝拐的激发机制一直没有满意的理论。本文回顾了蓝拐的研究历史，并对中等质量恒星在演化过程中的蓝拐的激发机制问题进行理论分析，给出一个蓝拐整个过程的物理图象。本文探寻了氢燃烧核反应的CNO循环过程对蓝拐的影响，用两种不同的方法处理CNO循环，在第一种模型中保持~(14)N丰度不变；而在第二种模型中计算了~(16)O向~(14)N的转化过程。结果模型一中出现了蓝拐而模型二中没有蓝拐。在对两种模型的比较中，我们进一步研究蓝拐的触发机制。我们注意到蓝拐的一个重要特征，恒星内部的核反应产能增加决定了蓝拐光度的上升；同时，对于一个内部产能恒定的恒星，恒星外壳的膨胀和收缩将决定恒星表面的有效温度。根据这点，对恒星内部和外壳的各种物理量进行了研究，并着重注意了恒星外壳对内部产能变化的反应。我们发现RGB阶段产生的氢丰度不连续区的跳变是恒星光度上升的一个关键因素，当氢壳层的外边缘接触到氢跳变的时候，突然增加的氢丰度使氢燃烧壳层变宽，产能也增大。氢壳层产能的增加伴随着氢壳层温度的增加，过多的热量需要传输，使氢壳层膨胀，这样密度降低就可以控制氢壳层燃烧稳定增加。我们发现恒星外壳遵循位力定理，位力定理结合光度公式，决定了中心氦燃烧期间光度上升时只有两种选择，外壳膨胀有效温度变小，，或者外壳收缩有效温度上升。恒星外壳对内部产能增加的响应，选择哪钟方法，取决于外壳的对流程度。对流居优的外壳，氢壳层过多的热量导致外对流继续发展，有效温度下降，恒星沿RGB向上移动；辐射居优的外壳将升温提高自己的热传导能力，外对流消退，恒星发生蓝拐。由此，本文定义η描述外壳的对流所占比例，并发现恒星是否发生蓝拐取决于一个关键的值 η_(crit)，RGB底部η值小于η_(crit)的模型将有蓝拐，η_(crit)值在0.3-0.5之间，并与恒星的总质量有一定的关系。依靠本文得出的蓝拐机制，我们对一些影响蓝拐的物理因素做了解释。主序期间的中心对流超射导致氢跳变也将离中心远，氢燃烧壳层将难以到达氢跳变，蓝拐向蓝延伸的距离也就短了。外对流超射使氢跳变的位置更靠近中心，氢壳层可以在较早的时间到达氢跳变，蓝拐产生的可能性增大。质量损失将把恒星表面的物质抛弃，使恒星的氢轮廓处于温度更低的位置，氢壳层向氢跳变移动的速度减慢，从而压制蓝拐。OPAL不透明度较大的区域产生额外的对流区， η较大，实现蓝拐过程比LAOL的更难。本文第一章概述中等质量星的演化，蓝拐和各种输入物理关系，包括了不透明度，对流超射等对蓝拐的影响，介绍已有的蓝拐激发机制，蓝拐的重要性。第二章对CNO双循环核反应对中等质量星的产能贡献和CNO循环的处理方法进行介绍，并对计算结果进行初步分析。第三章通过对两个典型恒星演化模型的比较描述了蓝拐的物理机制。第四章总结了整个工作。
【学位授予单位】：中国科学院云南天文台
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2001
【分类号】：P144

【引证文献】