恒星進化モデルの進展 -...

28
恒星進化モデルの進展 斉尾英行(東北大学・天文)

Transcript of 恒星進化モデルの進展 -...

Page 1: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

恒星進化モデルの進展

斉尾英行(東北大学・天文)

Page 2: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

恒星進化モデルを変革した「発見」

•  Nuclear  energy  source;  Bethe  (1939),  Weizäcker(1938)    •  Mixing-­‐length  model;    Vitense(1953)                                                                                •  Hayashi-­‐boundary;    Hayashi(1961)  •  Henyey  method;            Henyey  et  al  (1964)  •  Helium-­‐shell  flash  (Thermal  pulse)  の発見                                                              Schwartshild  &  Härm(1965)    

•  Mass  exchange  and  merger  in  close  binary  systems;                                                                Webbink(1984),    Iben  &  Tutukov  (1984)    

•  OPAL  &  OP  opacity  tables;  Rogers  &  Iglesias(1992)                                                                                                            Seaton  et  al.  (1994)

Page 3: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

Mixing-­‐length  theory  を太陽モデルに

Super-­‐adiabaXc  temperature  gradients  can  be  calculated

! "d lnTd lnP

#

$%

&

'(

Page 4: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

恒星進化モデルを変革した「発見」

•  Nuclear  energy  source;  Bethe  (1939),  Weizäcker(1938)    •  Mixing-­‐length  model;    Vitense(1953)                                                                                •  Hayashi-­‐boundary;    Hayashi(1961)  •  Henyey  method;            Henyey  et  al  (1964)  •  Helium-­‐shell  flash  (Thermal  pulse)  の発見                                                              Schwartshild  &  Härm(1965)    

•  Mass  exchange  and  merger  in  close  binary  systems;                                                                Webbink(1984),    Iben  &  Tutukov  (1984)    

•  OPAL  &  OP  opacity  tables;  Rogers  &  Iglesias(1992)                                                                                                            Seaton  et  al.  (1994)

Page 5: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

Hayashi    -­‐  boundary                                  -­‐  track                                  -­‐  phase

Hayashi  (1961)

Hayashi  &  Hoshi  (1961)

p=Et2.5

Page 6: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

Hayashi  &  Hoshi  (1961)

U-­‐V  Curves    U=dln  Mr/dln  r  V=-­‐dln  P/dln  r    E≈45–  fully                      convecXve

Osterbrock  (1953)

radiaXve

photosphere

E=

ionizaXon  zon

e

Page 7: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

恒星進化モデルを変革した「発見」

•  Nuclear  energy  source;  Bethe  (1939),  Weizäcker(1938)    •  Mixing-­‐length  model;    Vitense(1953)                                                                                •  Hayashi-­‐boundary;    Hayashi(1961)  •  Henyey  method;            Henyey  et  al  (1964)  •  Helium-­‐shell  flash  (Thermal  pulse)  の発見                                                              Schwartshild  &  Härm(1965)    

•  Mass  exchange  and  merger  in  close  binary  systems;                                                                Webbink(1984),    Iben  &  Tutukov  (1984)    

•  OPAL  &  OP  opacity  tables;  Rogers  &  Iglesias(1992)                                                                                                            Seaton  et  al.  (1994)

Page 8: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

dPdr

= !GMr

r2!

dMr

dr= 4"r2!

Henyey  法の出現(1964)

Page 9: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

Henyey  et  al.  (1965)

Pre-­‐main  sequence  からHe-­‐burning  まで自動的に

Henyey  法の出現(1964)

Page 10: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

Henyey  法の出現(1964)

Hofmeister,  Kippenhahn  &  Weigert  (1964)

7M¤

Demarque  &  Larson  (1964)

Page 11: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

Iben  (1964)

Henyey  法の出現(1964)

Page 12: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

恒星進化モデルを変革した「発見」

•  Nuclear  energy  source;  Bethe  (1939),  Weizäcker(1938)    •  Mixing-­‐length  model;    Vitense(1953)                                                                                •  Hayashi-­‐boundary;    Hayashi(1961)  •  Henyey  method;            Henyey  et  al  (1964)  •  Helium-­‐shell  flash  (Thermal  pulse)  の発見                                                              Schwartshild  &  Härm(1965)    

•  Mass  exchange  and  merger  in  close  binary  systems;                                                                Webbink(1984),    Iben  &  Tutukov  (1984)    

•  OPAL  &  OP  opacity  tables;  Rogers  &  Iglesias(1992)                                                                                                            Seaton  et  al.  (1994)

Page 13: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

He-­‐shell  flash  (thermal  pulse)  in  AGB  stars  の発見

! !dLrdMr

= T dSdt

;  HydrostaXc  adjustment      −8  <  Q  <  −4        Δr/r  <<  1  のとき比熱がposiXve  に    ν  >  4  &      Δr/r  <<  1  のときunstable      実際はeigen-­‐value  problem  を解く

He-­‐burn.  shell

Page 14: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

He-­‐shell  flashes  (thermal  pulses)

Weigert  (1966)    5M¤

Page 15: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

A.G.W.Cameron  &  W.  A.  Fowler    (1971)  

Thermal  pulse  2

ForesXni  &  Charbonnel  (1997) ForesXni  &  Charbonnel  (97)

Cameron-­‐Fowler  mechanism

3He(  α,  γ)7Be         7Be(e-­‐,ν)7Li

Page 16: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

Third  dredge-­‐ups;  Carbon  &  s-­‐process  elements

Lapanzio  &  Frost  (1997)

Thermal  pulse  3

Iben  (1991)

Page 17: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

Smith  &  Lambert  (1986)

Thermal  pulses s-­‐process  elements    と 炭素の増加が     同じprocess  –  third  dredge-­‐ups  で

Page 18: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

恒星進化モデルを変革した「発見」

•  Nuclear  energy  source;  Bethe  (1939),  Weizäcker(1938)    •  Mixing-­‐length  model;    Vitense(1953)                                                                                •  Hayashi-­‐boundary;    Hayashi(1961)  •  Henyey  method;            Henyey  et  al  (1964)  •  Helium-­‐shell  flash  (Thermal  pulse)  の発見                                                              Schwartshild  &  Härm(1965)    

•  Mass  exchange  and  merger  in  close  binary  systems;                                                                Webbink(1984),    Iben  &  Tutukov  (1984)    

•  OPAL  &  OP  opacity  tables;  Rogers  &  Iglesias(1992)                                                                                                            Seaton  et  al.  (1994)

Page 19: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

Massive  mass-­‐accreXon  &  -­‐stripping  in  close  binary  systems                                        and    double  white  dwarf  merging

2つの同じような内容の論文が同時に  ……

Page 20: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

SN  Ia                                                              He-­‐star

Page 21: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

Zhang  &  Jeffery  (2011)

                                                   DWD  mergers    

 massive  à  luminous  Hds;        low  mass  à  He-­‐rich  sdBs

sdBs

Page 22: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

恒星進化モデルを変革した「発見」

•  Nuclear  energy  source;  Bethe  (1939),  Weizäcker(1938)    •  Mixing-­‐length  model;    Vitense(1953)                                                                                •  Hayashi-­‐boundary;    Hayashi(1961)  •  Henyey  method;            Henyey  et  al  (1964)  •  Helium-­‐shell  flash  (Thermal  pulse)  の発見                                                              Schwartshild  &  Härm(1965)    

•  Mass  exchange  and  merger  in  close  binary  systems;                                                                Webbink(1984),    Iben  &  Tutukov  (1984)    

•  OPAL  &  OP  opacity  tables;  Rogers  &  Iglesias(1992)                                                                                                            Seaton  et  al.  (1994)

Page 23: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

R=ρ/T63

Fe-­‐bum

p

New  opacity  tables                              の出現              OPAL      &      OP       1992                    1994  Fe-­‐bump  was  missing  in  old  opaciXes

Badnell  et  al  (2005)

OPAL/LAO

Page 24: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

SPBs

Fe-­‐bump  of  opacity  excites  pulsaXons  in  B-­‐type  stars OPAL  &  OP  opaciXes  の出現

g-­‐modes

g-­‐modes

p-­‐modes

Page 25: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

 1.0                                                    3.0                                                  5.0                                                  7.0                                                                P0                                                   Moskalik  et  al  (1992)

old  opacity

OPAL  opacity

周期比

New  opacity  solved  mass  discrepancy  of  Cepheids   OPAL  &  OP  opaciXes  の出現

Pi    =  fi(M,R)      i=0  fundamental  mode                                                  =1  first  overtone  mode

Page 26: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

Cantaillo  et  al.  (2009)

Fe  opacity  bump  produces  convecXon  zones    in  the  envelopes  of    hot  massive  stars    

OPAL  &  OP  opaciXes  の出現

convecXon  zone

convecXon  zone

Page 27: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

未解決の問題点

•  mixing  length/convecXon  models  •  microscopic  diffusions  with  weak  winds/turbulence/pulsaXons  

•  Mixing  in  radiaXve  layers                        ConvecXve  core  overshooXng                        EvoluXon  of  Ω(r)                        RotaXonal  mixing  •  Wind  mass  loss  from  supergiant  stars  •  EvoluXons  in  stellar  mergers    

Page 28: 恒星進化モデルの進展 - NAOtakedayi/ss_phys/presentation/saio.pdf恒星進化モデルを変革した「発見」 • Nuclear(energy(source;(Bethe((1939),(Weizäcker(1938)

Modules  for  Experiments    in  Stellar  Astrophysics

Paxton  et  al  (2011) A  revoluXon?  

produced  by  Josiah  Schwab