Астронет: О. В. Абрамова/ГАИШ Химическая эволюция газа в галактиках. Роль аккреции и оттока газа http://variable-stars.ru/db/msg/1246335/yield.html

Содержание

---

Выход тяжёлых элементов (yield)

Выход тяжёлых элементов рассчитывается исходя из моделей эволюции звёзд разных масс и процессов нуклеосинтеза. Yield — это масса тяжёлых элементов, выбрасываемых в межзвёздную среду, отнесённая к полной массе звёзд одного поколения, рождённых за единицу времени и имеющих определённую НФМ. Звёзды разных масс производят следующие продукты нуклеосинтеза:

• Коричневые карлики — звёзды с массой M < 0.1 M_sun, в них не идёт горение водорода, поэтому они не производят тяжёлых элементов и не обогащают ими межзвёздную среду, а только ``запирают'' газ.
• Звёзды с низкими и средними массами (0.8 M_sun ≤ M ≤ 8 M_sun). Звёзды с такими массами производят в основном ⁴He, ¹²C и ¹⁴N, а также некоторые изотопы CNO и элементы s-процессов (для A > 90).
• Массивные звёзды (8 M_sun ≤ M ≤ 40 M_sun). Они взрываются как сверхновые II типа и производят много α-элементов (O, Ne, Mg, Si, S, Ca), некоторые элементы железного пика, элементы s- (для A < 90) и r-процессов. Звёзды с массами > 40 M_sun, могут взорваться как сверхновые Ib/c типа, они связаны с γ-вспышками (GRB).
• Сверхновые типа Ia (белые карлики в двойных системах). Производят много элементов железного пика.
• Очень массивные объекты с M > 100 M_sun. Предполагается, что они производят много кислорода, но теория эволюции таких звёзд построена не до конца.

Все элементы с массовым номером А от 12 до 60 были сформированы в звёздах во время спокойного горения. Звёзды преобразуют Н в Не и затем Не в более тяжёлые элементы вплоть до элементов железного пика, когда энергия связи в расчёте на один нуклон достигает максимума и ядерные реакции синтеза прекращаются. Водород превращается в гелий в ходе протон-протонного и CNO-циклов, а⁴He трансформируется в ¹²C при тройной α-реакции.

Элементы тяжелее ¹²C (O, Ne, Mg, Si, S, Ca) синтезируются при участии α-частиц и поэтому называются α-элементами. Последним в звёздах загорается ²⁸Si, который даёт ⁵⁶Ni, распадающийся впоследствии на ⁵⁶Co и ⁵⁶Fe. Горение ²⁸Si (в зависимости от температуры) может носить взрывной или спокойный характер. На рисунке 9 приведены для примера выход кислорода и магния.

В приближении мгновенного возврата массы, при котором считается, что все звёзды массивнее Солнца мгновенно возвращают обогащённый тяжёлыми элементами газ в межзвёздную среду, а все звёзды с M < M_sun ``запирают'' весь газ, который пошёл на их формирование, можно записать [23]:

где p_im — вновь образованный звездой с массой m и выброшенный в межзвёздную среду элемент i, &phi(m) — начальная функция масс, а (т.н. ``Returned Fraction'') — это доля газа, которую данное поколение звёзд возвращает в межзвёздную среду:

Т.о. (1 - ) — это доля газа, которую ``запирают'' самые маломассивные звёзды и проэволюционировавшие звёзды. Учёт времени жизни звёзд необходим, если рассматривается эволюция химических элементов, которые производят звёзды средних и малых масс (⁴He, ¹²C и ¹⁴N).

В простых моделях химической эволюции считается, что обогащённое тяжёлыми элементами вещество мгновенно перемешивается с межзвёздной средой. Это приближение применимо в большинстве случаев, кроме, может быть, самых ранних этапов эволюции галактик. Часто вводится понятие эффективного выхода тяжёлых элементов:

где Z — содержание тяжёлых элементов, а μ = σ_gas(t)/σ_gas(0) — безразмерная величина, характеризующая плотность газа в настоящий момент времени. y_eff — это такое значение y_i из (3), которое реализуется в замкнутых (``closed-box'') моделях, в которых нет обмена газом. Сравнение y_eff и скорости вращения V_rot (рис. 10)

обнаруживает связь между этими двумя величинами. Видно, что эффективный выход тяжёлых элементов является функцией скорости вращения, а, следовательно, галактического потенциала, и для неправильных галактик он заметно меньше, чем для спиралей. Отсюда можно заключить, что менее массивные галактики из-за галактических ветров или из-за другой НФМ теряют свои тяжёлые элементы.