解释银河系晕中 12C/13C 比率：原始大质量恒星中壳层并合的贡献

3/31/2025

astro-ph.GA - Astrophysics of Galaxies

/Users/zhangsan/PycharmProjects/aigupiao/ccc/dw/astro-ph.GA - Astrophysics of Galaxies/20250330/2503.20876.pdf

F. 里祖蒂

G. 切斯库蒂

P. 莫拉罗

L. 罗贝蒂

A. 基耶菲

M. 利蒙吉

L. 马格里尼

F. 马泰乌奇

1 的里雅斯特大学物理系, Tiepolo路11号, I-34143 的里雅斯特, 意大利; 2 INAF, 的里雅斯特天文台, Tiepolo路11号, I-34143 的里雅斯特, 意大利; 3 INFN, 的里雅斯特分部, Valerio路2号, I-34134 的里雅斯特, 意大利; 4 宇宙基础物理研究所, Beirut路2号, I-34151 的里雅斯特, 意大利; 5 康科利天文台, 天文学与地球科学研究中心, HUN-REN, Konkoly Thege Miklós路15-17号, 1121 布达佩斯, 匈牙利; 6 CSFK, MTA卓越中心, Konkoly Thege Miklós路15-17号, 1121 布达佩斯, 匈牙利; 7 INAF, 罗马天文台, Frascati路33号, I-00040 蒙特波尔齐奥卡托内, 意大利; 8 INAF/IAPS, Fosso del Cavaliere路100号, I-00133 罗马, 意大利; 9 INFN, 佩鲁贾分部, A. Pascoli路s/n, I-06125 佩鲁贾, 意大利; 10 莫纳什天体物理学中心(MoCA), 数学科学学院, 莫纳什大学, 维多利亚3800, 澳大利亚; 11 卡弗里宇宙物理学与数学研究所(WPI), 东京大学, 柏市, 277-8583 千叶, 日本; 12 INAF, 阿尔切特里天体物理天文台, Largo E. Fermi路5号, I-50125 佛罗伦萨, 意大利

摘要

背景：最近的观测活动为银河系中最贫金属恒星中的碳同位素提供了新的测量数据。这些恒星如此贫金属，以至于它们只能由一代或几代大质量前身星所富集。然而，解释 13C 的主要产生以及在这些恒星中测得的低 12C/13C 比率具有挑战性。目的：利用最新的零金属和低金属度恒星模型，我们研究了低金属度下 13C 的可能来源，并验证了大质量恒星是否可能是观测到的晕星中 12C/13C 比率的唯一负责者。方法：我们采用银河化学演化随机模型 GEMS 来重现 CNO 元素和 12C/13C 比率的演化，包括来自旋转大质量恒星的富集，其中一些恒星显示出 H-He 壳层并合的发生。结果：我们发现没有 H-He 壳层并合的恒星产生的 13C 不足以与观测结果兼容。相反，通过壳层并合以及随后在超新星爆发期间的喷射所产生的主要产物可以解释 30 < 12C/13C < 100。假设壳层并合频率较高时，观测结果能得到最好的再现。12C/13C < 30 只能通过假设外层喷射且没有爆炸来重现，但这需要更多的 12C 和 13C 产生。结论：具有 H-He 壳层并合的零金属和低金属度自旋星似乎是解释 CEMP-no 星中低 12C/13C 比率的最合理解释。通过假设一些恒星完全爆炸而另一些仅喷射其外层，可以解释 12C/13C 值的整个范围。壳层并合也应该更频繁且更具生产力，这在恒星模型中对流处理的当前不确定性下是允许的。

关键词

核反应

核合成

丰度

恒星: 大质量

恒星: 星族III

恒星: 自转

银河系: 丰度

银河系: 演化

研究背景

领域

本研究聚焦于银河系化学演化和早期恒星核合成领域，特别是晕族贫金属星中的碳同位素比值。

问题陈述

观测显示银河系晕中最贫金属星存在难以解释的低 12C/13C 比值，挑战了现有对早期大质量恒星产生原生 13C 的理解。

理论基础

研究建立在对贫金属星（尤其是 CEMP-no 星）观测以及零金属/低金属丰度大质量恒星演化（含自转和壳层并合）的理论模型之上。

研究目标或问题

旨在利用最新恒星模型探究低金属丰度下 13C 的主要来源，并验证氢氦壳层并合机制是否能解释观测到的低 12C/13C 比值。

假设

核心假设是大质量恒星中的氢氦壳层并合是解释观测到的低 12C/13C 比值的主要机制。

研究意义

该研究有助于约束第一代恒星的核合成、物理性质及银河系早期化学演化历史。