冷超巨星形成的临界金属丰度。II. 物理起源

本研究探讨了恒星演化模型所揭示的形成冷超巨星所需临界金属丰度的物理起源。利用恒星模型网格，我们证明了末期主序 (TAMS) 半径 $R_{\rm TAMS}$ 定义了一个阈值，该阈值决定了给定质量的恒星是否能演化到红超巨星 (RSG) 阶段。金属丰度影响超巨星的演化结果，因为它通过影响不透明度和核能产生来改变 $R_{\rm TAMS}$，这已由我们的恒星模型和基于同构关系的量纲分析所证明。$R_{\rm TAMS}$ 的值设定了主序后膨胀的初始半径，因此控制了在后续核心演化阶段达到的包层半径。较高金属丰度的恒星发展出更大的 $R_{\rm TAMS}$，并在核心氦燃烧期间迅速膨胀到稳定的 RSG 状态。相比之下，较低金属丰度的恒星具有较小的 $R_{\rm TAMS}$，并在保持紧凑包层的同时推进到更晚期的核心氦或碳燃烧阶段，从而阻止了在核心氦燃烧期间向 RSG 状态的膨胀。我们的结果解释了临界金属丰度的起源，并为早期宇宙中贫金属大质量恒星的演化提供了见解。