Formation and Evolution of Super Massive Stars

Abstract

In addition to the formation problems of supermassive and intermediate-mass black holes, supermassive stars play a crucial role in explaining the multiple star populations exhibited in globular clusters. In this study, high-resolution evolution models of the formation and evolution of supermassive stars (SMS) were obtained to explain this difference, especially in globular clusters and to understand the binary systems in globular clusters better. During the models, MESA (Modules for Experiments in Stellar Astrophysics) evolution code was used by doing changes and additions following the purpose. Different chemical abundances and different mass accretion rates were considered during the models. In the models obtained, mass accretion rates of 0.1 M⊙/yr, 0.3 M⊙/yr, 0.5 M⊙/yr, and 1 M⊙/yr with metal abundances of 0.1 Z⊙, 0.5 Z⊙ and 1 Z⊙ were used. Considering the evolution between ZAMS and TAMS, the outputs of many models, the Hertzsprung-Russell (H-R), Mass-Radius (M-R), Mass-Temperature (M-T) and Mass-Luminosity (M-L) variations of the systems, were obtained.

Keywords

• Super massive stars
• globular clusters
• multiple stellar populations
• intermediate mass black hole
• super massive black hole

Çok Büyük Kütleli Yıldızların Oluşumu ve Evrimi

Öz

Çok büyük kütleli kara delikler ve orta kütleli kara deliklerin oluşum problemlerine ek olarak küresel kümelerde görülen çoklu yıldız popülasyonlarını açıklamak için çok büyük kütleli yıldızlar kritik bir rol oynar. Bu çalışmada da özellikle küresel kümelerdeki bu farklılığı açıklamak ve küresel kümelerdeki çift sistemleri daha iyi anlamak için çok büyük kütleli yıldızların oluşumu ve evrimine ilişkin yüksek çözünürlüklü evrim modelleri elde edilmiştir. Modeller sırasında, hedef sistemlerin evrimi doğrultusunda gerekli değişiklikler ve eklemeler yapılarak MESA (Modules for Experiments in Stellar Astrophysics) evrim kodu kullanılmıştır. Sistemlerin oluşumlarında farklı başlangıç kimyasal bolluk ve farklı toplanma oranları dikkate alınmıştır. Yeni elde edilen modellerde kütle toplanma oranı olarak 0.1 M⊙/yr, 0.3 M⊙/yr, 0.5 M⊙/yr, 1 M⊙/yr değerleri kullanılmıştır. Başlangıç metal bollukları ise Güneş bolluğu cinsinden 0.1 Z⊙ , 0.5 Z⊙ ve 1 Z⊙ olarak ele alımıştır. Sonuçta elde edilen çok sayıda evrim modellerinin çıktıları ZAMS ve TAMS arasındaki süre dikkate alınarak çok büyük kütleli yıldızların Hertzsprung-Russell (H-R), Kütle-Yarıçap (M-R), Kütle-Sıcaklık (M-T) ve Kütle-Işıtma (M-L) değişimleri elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Super massive stars
• globular clusters
• multiple stellar populations
• intermediate mass black hole
• super massive black hole

References

1. Bastian N., Lardo C., 2018, ARA&A, 56, 83
2. Becerra F., Greif T. H., Springel V., Hernquist L. E., 2015, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 446, 2380
3. Bedin L. R., Piotto G., Anderson J., Cassisi S., King I. R., Momany Y., Carraro G., 2004, ApJ, 605, L125
4. Begelman M. C., 2010, MNRAS, 402, 673
5. Bragaglia A., Sneden C., Carretta E., Gratton R. G., Lucatello S., Bernath P. F., Brooke J. S. A., Ram R. S., 2014, ApJ, 796, 68
6. Carretta E., Bragaglia A., Gratton R. G., Recio-Blanco A., Lucatello S., D’Orazi V., Cassisi S., 2010, A&A, 516, A55
7. Chandrasekhar S., 1964, ApJ, 140, 417
8. Charbonnel C., 2016, in EAS Publications Series. pp 177–226 (arXiv:1611.08855), doi:10.1051/eas/1680006

9. Denissenkov P. A., Hartwick F. D. A., 2014, MNRAS, 437, L21
10. Denissenkov P. A., VandenBerg D. A., Hartwick F. D. A., Herwig F., Weiss A., Paxton B., 2015, MNRAS, 448, 3314
11. Ferrara A., Salvadori S., Yue B., Schleicher D., 2014, MNRAS, 443, 2410
12. Fragos T., ve diğ., 2023, ApJS, 264, 45
13. Geisler D., Villanova S., Carraro G., Pilachowski C., Cummings J.,Johnson C. I., Bresolin F., 2012, ApJ, 756, L40
14. Gieles M., ve diğ., 2018, MNRAS, 478, 2461
15. Gratton R. G., ve diğ., 2001, A&A, 369, 87
16. Haemmerlé L., Woods T. E., Klessen R. S., Heger A., Whalen D. J., 2018a, ApJ, 853, L3
17. Haemmerlé L., Woods T. E., Klessen R. S., Heger A., Whalen D. J., 2018b, ApJ, 853, L3
18. Haemmerlé L., Meynet G., Mayer L., Klessen R. S., Woods T. E., Heger A., 2019, A&A, 632, L2
19. Hosokawa T., Omukai K., Yorke H. W., 2012, ApJ, 756, 93
20. Hosokawa T., Yorke H. W., Inayoshi K., Omukai K., Yoshida N., 2013, ApJ, 778, 178
21. Iben Icko J., 1963, ApJ, 138, 1090
22. Ilie C., Freese K., Valluri M., Iliev I. T., Shapiro P. R., 2012, MNRAS, 422, 2164
23. Inayoshi K., Omukai K., 2012, MNRAS, 422, 2539
24. Inayoshi K., Omukai K., Tasker E., 2014, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 445, L109
25. Koçak D., 2023, PhD thesis, Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi
26. Koçak D., İçli T., Yakut K., 2020, Contributions of the Astronomical Observatory Skalnate Pleso, 50, 508
27. Koçak D., Yakut K., Southworth J., Eggleton P. P., İçli T., Tout C. A., Bloemen S., 2021, ApJ, 910, 111
28. Latif M. A., Schleicher D. R. G., Schmidt W., Niemeyer J. C., 2013, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 436, 2989
29. Martins F., Chantereau W., Charbonnel C., 2021, preprint, (arXiv:2104.13988), ADS
30. Mészáros S., ve diğ., 2020, MNRAS, 492, 1641
31. Meynet G., Maeder A., Schaller G., Schaerer D., Charbonnel C., 1994, A&AS, 103, 97, ADS
32. Mezcua M., 2017, International Journal of Modern Physics D, 26, 1730021
33. Milone A. P., ve diğ., 2015, ApJ, 808, 51 Pancino E., Rejkuba M., Zoccali M., Carrera R., 2010, A&A, 524, A44
34. Paxton B., Bildsten L., Dotter A., Herwig F., Lesaffre P., Timmes F., 2011, ApJS, 192, 3
35. Paxton B., ve diğ., 2013, ApJS, 208, 4
36. Piotto G., ve diğ., 2007, ApJ, 661, L53
37. Piotto G., ve diğ., 2015, AJ, 149, 91
38. Prantzos N., Charbonnel C., Iliadis C., 2007, A&A, 470, 179
39. Prantzos N., Charbonnel C., Iliadis C., 2017, A&A, 608, A28
40. Rees M. J., 1984, ARA&A, 22, 471
41. Reinoso B., Schleicher D. R. G., Fellhauer M., Klessen R. S., Boekholt T. C. N., 2018, A&A, 614, A14
42. Schleicher D. R. G., Palla F., Ferrara A., Galli D., Latif M., 2013, A&A, 558, A59
43. Shibata M., Shapiro S. L., 2002, ApJ, 572, L39
44. Soto M., ve diğ., 2017, AJ, 153, 19
45. Surace M., ve diğ., 2018, ApJ, 869, L39
46. Trinca A., Schneider R., Maiolino R., Valiante R., Graziani L., Volonteri M., 2022, preprint, (arXiv:2211.01389), ADS
47. Vink J. S., 2022, ARA&A, 60, 203
48. Volonteri M., 2010, A&ARv, 18, 279
49. Wang L., ve diğ., 2017, preprint, (arXiv:1710.07005), ADS
50. Woods T. E., ve diğ., 2019, Publ. Astron. Soc. Australia, 36, e027
51. Çokluk K. A., Koçak D., Içli T., Karaköse S., Üstündaˇg S., Yakut K., 2019, MNRAS, 488, 4520