Диффузионная эволюция химического состава в звездах солнечного типа

 

Анонс доклада

Методами гелиосейсмологии в начале 1990-х годов было определено содержание
гелия в конвективной зоне Солнца. Эта величина, около 0.25 по массе,
оказалась на 0.03 ниже принятого содержания гелия на Солнце в момент его
образования. Данный факт привел к пониманию того, что содержание гелия в
оболочке уменьшается с ходом эволюции Солнца, и к выдвижению диффузии на
роль механизма такого уменьшения.

С тех пор все эволюционные модели Солнца обязательно включают
диффузионную эволюцию
гелия. Только такие модели позволяют получить, кроме содержания гелия,
близкие к гелиосейсмическим глубину конвективной зоны и профиль скорости
звука. В то же время, диффузия элементов тяжелее гелия обычно
трактуется упрощенно:
предполагается, что скорость диффузии всех тяжелых элементов одинакова и
равна скорости для полностью ионизованного кислорода.



В данной работе исследуется эволюция химического состава в звездах солнечного
типа вследствие диффузии. Основной целью работы было определение вклада
различных механизмов диффузии, детальный расчет диффузии тяжелых элементов,
влияние конвективной зоны на эволюцию химического состава, а также
изменение расчетного времени жизни звезды на Главной последовательности
вследствие учета диффузии.


Диффузионное перераспределение элементов вызывается наличием в среде градиентов
давления (бародиффузия), температуры (термодиффузия), концентраций
(концентрационная диффузия), а также взаимодействием компонентов звездного
вещества с потоком излучения.

Концентрационная диффузия стремится сгладить имеющиеся неоднородности
химического состава, а наличие градиентов давления и температуры приводит к
диффузионному разделению элементов.

В условиях Солнца баро- и термодиффузия являются доминирующими
диффузионными механизмами. Как результат, в то время как водород
накапливается в оболочке, гелий и более тяжелые элементы «осаждаются» по
направлению к центру.

Автором рассчитаны скорости диффузии и профили содержания для водорода,
гелия и шести тяжелых элементов, включая железо.

Скорость осаждения элементов тяжелее гелия зависит от их степени ионизации
и потока излучения. Представлены оценки этих эффектов, базируясь на
уравнении состояния SAHA-S.

Учет частичной ионизации увеличивает скорость осаждения тяжелых элементов,
в то время как взаимодействие с потоком излучения ее уменьшает. Эти эффекты
тем сильнее, чем меньше ионизованы элементы.

Скорость осаждения гелия из конвективной зоны зависит от положения ее
нижней границы — чем глубже конвективная зона, тем медленнее из нее
осаждается гелий.

Вследствие диффузии под конвективной зоной образуется локальная область, в
которой содержание тяжелых элементов почти не изменяется. Это объясняется
поведением профиля температуры под основанием конвективной зоны.

Учет диффузии уменьшает расчетное время жизни звезды на Главной
последовательности (примерно на 0,7 млрд лет для Солнца) вследствие более
быстрого исчерпания водорода в ядре.