近期,《天体物理杂志》(The Astrophysical Journal)发表了中国科学院云南天文台恒星物理团组博士李志和研究员李焱的研究成果。该研究利用k-omega模型处理恒星内部的对流超射,使极端水平分支恒星的对流区质量与星震学分析的结果相近,并发现氦燃烧阶段后期的喘息脉动(core breathing pulses)可能是形成高氧含量白矮星的关键因素。

  极端水平分支恒星位于恒星赫罗图水平分支的更左边位置,具有比水平分支恒星更高的有效温度。sdB恒星具有极薄的氢包层,无法维持包层的氢燃烧。sdB恒星属于极端水平分支恒星,部分sdB恒星存在脉动现象。根据其脉动特征可以分为p模式脉动sdB恒星和g模式脉动sdB恒星,少数sdB恒星(DW Lyn stars)同时具有p-模式脉动和g-模式脉动。对g-模式sdB恒星进行星震学分析,可以得到恒星内部的对流核质量(0.22-0.28个太阳质量)。但采用经典混合长理论得到的sdB恒星对流核质量远小于星震学分析的结果。

  科研人员将k-omega模型嵌入到恒星演化程序中,处理sdB恒星内部的对流超射。结果表明,利用k-omega模型可以得到更大的对流核质量,在超射区形成一个完全混合区和一个部分混合区。随着恒星演化,中心对流核会分为两个对流区(中心对流核和壳层对流区)。此后,中心对流核质量逐渐增加,直到与壳层对流区合并成一个对流区。在经历短暂合并之后,又会迅速分裂成两个对流区,该过程在sdB演化阶段会交替进行多次。最后,g-模式sdB模型对流区顶部所包含的恒星质量可以达到0.3个太阳质量,与星震学分析的结果相符。

  在中心氦燃烧后期,sdB恒星会出现2-3次喘息脉动。p-模式sdB模型出现了2次喘息脉动,中心氦燃烧结束时,其中心氧丰度约为0.72;而g-模式sdB模型出现了3次喘息脉动,使恒星有较高的中心氧丰度(约为0.8)。喘息脉动将壳层的氦带入中心对流核,与碳反应生成氧,从而大幅增加恒星中心的氧丰度,这可能是形成高氧含量白矮星的关键因素。

  研究工作得到国家自然科学基金的资助。

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