云南天文台在沃尔夫-拉叶型恒星的演化网格研究方面获新进展

  近期,国际天文学杂志《天体物理杂志增刊》(The Astrophysical Journal Supplement Series)发表了中国科学院云南天文台恒星物理研究团组李志博士和李焱研究员的研究成果。该项研究运用k-omega模型处理大质量恒星内部的对流超射,同时还考虑了恒星自转的影响,使沃尔夫-拉叶型(WR)恒星的演化轨迹能够较好的覆盖大多数的观测数据;并得出理论模型中的WNC恒星质量范围是15-36个太阳质量,且WR恒星的最终质量约为9-23个太阳质量,与银河系中的WNC、WC和WO恒星的质量范围相近。
  WR恒星亮度很高,有着十分壮丽的外观。它们具有非常高的物质损失率,其光谱特征表现出强且宽的发射线。WR恒星主要分为WN(具有He和N的强发射线)和WC(具有He、C和O的强发射线)亚型。WN和WC型恒星的表面大气组分,分别显示CNO循环和3 反应的产物。强大的星风不断地剥离恒星的表面物质,使得恒星的内部结构逐渐被展示在恒星表面。分析不同类型WR恒星的演化特征,对于研究大质量恒星的内部结构有着重要意义。
  该研究运用k-omega模型处理大质量恒星内部的对流超射,并计算了不同质量(25-120个太阳质量)WR恒星的演化网格。结果表明利用k-omega模型可以得到更大的对流核质量,在超射区形成更大的部分混合区,从而具有更宽的化学元素过渡区。当采用经典混合长模型(MLT)处理对流超射时,其对流超射混合系数(f_ov)的设置随恒星质量的增加而增加。对于能够形成WR恒星的大质量恒星(大于30个太阳质量),运用MLT模型计算时可以选取f_ov=0.027,从而得到与k-omega模型相近的结果。
  星风能够将恒星表面的氢元素逐渐剥离,进而形成无氢的WR恒星。该类恒星主要包括WNC、WC和WO亚型,其中WNC型恒星是介于WN和WC型之间的过渡性恒星。考虑了恒星内部的转动混合效应之后,WNC恒星质量范围是15-36个太阳质量,能够很好的解释银河系中质量较大的WNC型恒星;转动模型和非转动模型的WNC/WR比值分别为0.059和0.004,同时考虑转动模型之后才能得到与银河系WNC恒星占比(0.021,14/667)相近的结果。
  该研究成果得到国家自然科学基金和中国载人航天工程(CMS-CSST)科研基金资助。 

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图一 HR图(左图,非转动模型;右图,转动模型)。图中粗实线为不同质量恒星模型的演化轨迹,色标是恒星表面的[N/H]。绿色圆形、红色星形、蓝色方块和青色菱形分别表示银河系中的WNEWNCWCWO型恒星的观测数据。      


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