Keemiliste elementide ja nende isotoopide difusioon keemiliselt anomaalsetes täheatmosfäärides

A. Sapar ja A. Aret jätkasid keemiliste elementide ja nende isotoopide separeerumise uurimist keemiliselt iseäraste (CP) tähtede atmosfäärides. Difusiooniline separeerumine toimub neis atmosfäärides gravitatsiooni, kiirgusrõhu ja valgusindutseeritud triivi (LID) koosmõjul. Põhitemaatikaks oli elavhõbeda isotoopide evolutsioonilise separeerumise modelleerimine. Valgusindutseeritud triiv on seni ainus füüsikaline protsess, mis võimaldab selgitada CP tähtede atmosfäärides vaadeldud isotoopanomaliate teket. Elavhõbeda ning samuti ka teiste raskete elementide isotoopide puhul põhjustab LID üldiselt raskemate isotoopide kerkimist ja kergemate isotoopide vajumist atmosfääris. Protsessi kulgu teeb keerulisemaks paaritu barüonarvuga isotoopide spektrijoonte ülipeenstruktuurne lõhenemine.

Anna Aret

Kuigi LID-i mõju kvalitatiivsed hinnangud on tehtud juba mitmed aastad tagasi, jääb protsessi modelleerimine arvutitel ikka veel problemaatiliseks ning nõuab olulist täiendamist. Valgusindutseeritud triivi mudelarvutused nõuavad ülitäpset füüsikaliste protsesside arvestamist ning on ülimalt tundlikud atomaar- ja spektraalandmete kvaliteedi suhtes. Hädavajalik on spektrijoonte isotoop- ja ülipeenstruktuurse lõhenemise täpne arvestamine, kuna LID-i genereerimisel on oluline just spektrijoonte omavaheline kattuvus. Difusioonikoefitsient on väga tundlik ka erineva ergastusastmega ioonide põrkeristlõigete erinevuste suhtes. Põrkeristlõigete arvutamine põhineb seni vaid hinnanguil ja nõuab olulist täpsustamist. Arvutustes eeldati, et erineva ergastusastmega ioonide põrkeristlõigete vahe on määratud Debye sfäärist väljapoole ulatuva tuuma polarisatsiooni panusega. Ei saa mainimata jätta ka asjaolu, et taolised kõrge täpsusega arvutused nõuavad nii suure võimsusega arvuteid kui ka palju arvutusaega.

Täheatmosfääride evolutsioonijadade arvutamiseks kasutasime FORTRAN-keelset programmi SMART, mille on koostanud A. Sapar, R. Poolamäe ja A. Aret. See kompaktne, mugav ja kasutajasõbralik programm on ettenähtud täheatmosfääride modelleerimiseks, neis toimuvate protsesside uurimiseks ning tähespektrite arvutamiseks.

Arvutused näitavad, et selliste madalate elavhõbeda sisalduste juures nagu on Päikesel on nõrkade isotoopide joonte omavaheline mõju ning seetõttu ka LID ebaolulised ning põhiliseks difusiooni kujundavaks jõuks on ülespoole suunatud kiirgusrõhk. Seega elementide separeerumise algfaasis toimub põhiliselt kõikide Hg isotoopide kerkimine ja täheatmosfääri rikastumine elavhõbedaga. Sealjuures protsessid ülemistes atmosfäärikihtides toimuvad oluliselt kiiremini, kui alumistes. Elavhõbeda sisalduse kasvades suureneb isotoopide joonte omavaheline mõju ning lülitub sisse LID-mehhanism, mis veelgi suurendab raskemate isotoopide kerkimist, kuid samal ajal põhjustab kergemate isotoopide vajumist. See protsess on illustreeritud värvilisel joonisel 2.4, kus on näidatud Hg isotoopide sisalduse evolutsioon läbi atmosfääri esialgse elavhõbeda sisalduse korral, mis ületab Päikese sisaldust 6 suurusjärku. Nagu on näha, kujuneb üpris kiiresti olukord, kus atmosfääri jääb valdavalt vaid raskeim isotoop. Sealjuures jaotub elavhõbe atmosfääris vertikaalsuunas ebaühtlaselt. Sellised tulemused on kooskõlas ka CP tähtede vaatlusandmetega.

Joonis 2.4: Elavhõbeda isotoopide sisalduse evolutsioon mudelatmosfääris parameetritega T_eff=10750 K,    log g = 4,    V sin i =0,    V_turb=0. Värv ja isojooned näitavad isotoobi sisalduse suhet esialgsesse logaritmilises skaalas log C_i/C_i⁰, horisontaalteljel on sügavus atmosfääris ning vertikaalteljel aeg aastates. Ajaskaala on illustreeriva tähendusega, kuna ei ole arvestatud mikroturbulentset segunemist, mis hinnanguliselt võiks difusiooni aeglustada mitme suurusjärgu võrra.