Effects of the 12C(α, γ) 16O reaction rates on single stellar evolution computations

Abstract

One of the largest uncertainties in stellar evolutionary computations is the accuracy of the considered reaction rates. The 12C(α, γ) 16O reaction is important in stars of all masses, but is of particular importance for the study of low to intermediate-mass stars. Particularly, the 12C(α, γ) 16O will determine the C/O ratio of the core at the final white dwarf cooling curve. Thus, there is a need for a study of how the computations of white dwarfs and their progenitors that are made to date may be affected by the uncertainties of the 12C(α, γ) 16O reaction rates. In this work we compute fully evolutionary sequences using the MESA code with initial masses in the range of 0.90 ≤ Mi/M⊙ ≤ 3.05. We consider different adopted reaction rates, obtained from the literature, as well as the extreme limits within their uncertainties for the 12C(α, γ) 16O reaction. As expected, we find that previous to the core helium burning stage there are no changes to the evolution of the stars. However, the subsequent stages are all affected by the uncertainties of the considered reaction rates. In particular, we find differences to the convective core mass during the core helium burning stage which may affect pulsation properties of subdwarfs, the number of thermal pulses during the asymptotic giant branch and trends between final oxygen abundance and the progenitor masses of the remnant white dwarfs. Furthermore, as a result of the modifications in the chemical profiles, specially to the central C/O ratio, we hypothesise that the axion emission due to the Bremsstrahlung and Compton scattering effects will be altered.

Uma das maiores incertezas em computações evolutivas estelares é a precisão das taxas de reação consideradas. A reação 12C(α, γ) 16O é importante em estrelas de todas as massas, mas é de particular importância para o estudo de estrelas de massa baixa a intermediária. Particularmente, a taxa 12C(α, γ) 16O determinará a razão C/O do núcleo na curva final de resfriamento da anã branca. Assim, há a necessidade de um estudo de como os cálculos de anãs brancas e seus progenitores que são feitos até hoje podem ser afetados pelas incertezas dos 12C(α, γ ) 16O taxas de reação. Neste trabalho computamos sequências totalmente evolutivas usando o código MESA com massas iniciais na faixa de 0, 90 ≤ Mi/M⊙ ≤ 3, 05. Consideramos diferentes taxas de reação adotadas, obtidas da literatura, bem como os limites extremos dentro de suas incertezas para a reação 12C(α, γ) 16O. Como esperado, descobrimos que antes do estágio de queima de hélio do núcleo não há mudanças na evolução das estrelas. No entanto, os estágios subsequentes são todos afetados pelas incertezas das taxas de reação consideradas. Em particular, encontramos diferenças na massa do núcleo convectivo durante o estágio de queima de hélio do núcleo que podem afetar as propriedades de pulsação das subanãs, o número de pulsos térmicos durante o ramo gigante assintótico e as tendências entre a abundância final de oxigênio e as massas progenitoras das anãs brancas remanescentes. Além disso, como resultado das modificações nos perfis químicos, especialmente na relação C/O central, hipotetizamos que a emissão de áxions devido aos efeitos de espalhamento de Bremsstrahlung e Compton será alterada.