文档介绍：河北师范大学
博士学位论文
贫金属星中的元素丰度及核合成
姓名:张江
申请学位级别:博士
专业:天体物理
指导教师:张波
20100406
摘要
  
核天体物理学中的一个重要问题是如何深入理解元素的起源与分布,这个问题涉及
许多恒星演化的知识,特别是演化的晚期阶段。相对于s-过程已经为人所知:发生在中
低质量AGB星,需要高中子密度环境的r-过程本质仍保持神秘。虽然实验研究r-过程核
仍然不成熟,但是理论上已经建立了几种基于核物理和场所自由的r-过程模型。本文基
于大量贫金属星元素丰度(包含中子俘获元素)观测资料, 对其进行详细分类、整体分
析比较,以找出与s-过程和r-过程核合成密切相关的一些物理信息。
由于贫金属星的化学丰度对低金属丰度下的化学演化模型提供了很好的约束,所以
我们选择贫金属亮巨星HD175305为对象,去拟合其观测到的元素丰度。并且应用参数化
模型,推出其同位素分数。S-过程和r-过程混合贡献可以很好解释观测丰度,由此得到
s-过程和r-过程分量系数分别为C1 = 和 C3 = 。这颗星的Sm同位素分数预计
为f 152+154 =,这暗示虽然r-过程在星系早期中子俘获元素核合成中占主导地位,但
是在低金属丰度[Fe/H]=−,s-过程已经开始起作用.
类似于HD221170,r-过程超丰贫金属星展示的重中子俘获元素和轻中子俘获元素同
时超丰是一个值得注意的观测现象, 它能帮助我更好的理解低金属丰度下的弱r-过程和
主要r-过程。使用参数化模型去研究这些样本星,我们发现轻元素模型类似于弱r-过程
星;而重中子俘获元素非常类似于主要r-过程星;中间的轻中子俘获元素能够被弱r-过
程,主要r-过程物质的混合所揭示。这意味着轻元素伴随弱r-过程产生,而主要r-过程与
之无关。通过比较低金属丰度下的观测结果和模型计算结果,可以看出至少在[Fe/H]<
−,符合程度很好。所以这些样本星可以解释为从被弱r-过程和主要r-过程污染
的星云中产生。
S-过程和r-过程双增丰的s+r星提供了低金属丰度下的中子俘获过程的许多重要信
息。一种新的双增丰机制被提出,认为s-过程和r-过程元素通过具有一颗中等质量AGB
的双星系统产生。因为AGB超星风仅仅发生在AGB的最后阶段,所以在超星风发生重要
作用之前,中等质量AGB的简并核可以达到钱德拉塞卡极限。由于外包层的存在,这种
情况可能相似于核塌缩超新星的物理条件,简并的CO核可能塌缩爆炸,由此产生r-过程
VI
物质。在这种情况下,AGB生成的s-过程和超新星爆炸产生的r-过程同时被抛出,并被
伴星吸积。进一步可以估计Eu的产量,并用此来解释s+r星的观察结果。同时,从AGB
超新星高效的风污染意味着增强因子远大于1,这是伴星的引力聚焦效应的结果。
总之,整体分析方法采用基于观测得到的包含各类中子俘获过程的整体元素丰度分
布规律与恒星演化计算结果及中子俘获核合成计算结果相结合,以此来确定主要r-过程
和弱r-过程核合成的物理条件与场所。将s+r星元素丰度观测资料作为约束条件与s+r星元
素丰度对比,确定与r-过程核合成及伴随抛出物对应的整体元素丰度分布规律。对比已
有的r-过程及恒星核合成理论计算结果,确定与s+r星相应的r-过程核合成的物理环境与
场所。为进一步研究各中子俘获过程对星系中子俘获元素的相对贡献及星系r-过程物质
主要来源,一些关于s-过程和r-过程中子俘获元素核合成及星系化学演化的重要问题将
被提出。
关键词: AGB星, 主要r-过程, 弱r-过程, 丰度, 核合成, s-过程
 
 
VII
Abstract
prehensive understanding of the formation and distribution of elements
involving stars of many evolutionary phases, especially near the end of their evolution, is of
vital importance in nuclear astrophysics. In contrast to s-process element formation
occurring in Low- and intermediate- mass AGB stars, the nature of r-process requiring high
neutron density is sti