Időben változó finomszerkezeti állandó az asztrofizikában
Title in English
Temporally varying fine-structure constant in astrophysics
Panel
Physics 1
Department or equivalent
Department of Atomic Physics (Eötvös Loránd University)
Participants
Frei, Zsolt Tóth, Gábor
Starting date
2004-01-01
Closing date
2008-03-31
Funding (in million HUF)
6.683
FTE (full time equivalent)
0.00
state
closed project
Final report
Results in Hungarian
Tanulmálnyoztuk a csillagokbeli szén- és oxigéntermelés 3-alfa-rátától való függését. A C-12 magbeli 0+_2 állapot energiáját változtatva meghatároztuk a kis-, közepes- és nagytömegű csillagokban termelődött szén és oxigén mennyiségét. Eredményeink azt mutatják, hogy a nagytömegű csillagokbeli szén- és oxigéntermelés erősen függ a kezdeti tömegtől, és alapvető fontosságú a teljes evolúciós folyamat végigkövetése. A finomszerkezeti állandónak a közelmúltban megfigyelt kozmológiai léptékű változása azt eredményezi, hogy a C-12 atommag 0+_2 energiaszintjének helye időben változik. Ez a fentiek szerint izotóparány-eltolódáshoz vezet. Ennek eredményeként például módosulhattak a korai, fémben szegény csillagok által létrehozott gázfelhők izotóparányai, illetve a kozmológiai távolságmérésben használt Ia-típusú szupernovák szén-oxigén törzse, és így fényessége.
Kifejlesztettünk egy primordiális nukleoszintézist modellező programot, és vizsgáltuk a keletkező elemgyakoriságok fizikai konstansoktól való függését. Megállapítottuk, hogy a kvarktömegek változására a Li-7 gyakorisága a leginkább érzékeny, ami esetleg oka lehet a megfigyelt primordiális litium anomáliának. A primordiális magreakcióknak az erős kölcsönhatás csatolási állandójától való függését vizsgálva azt találtuk, hogy a kritikus d(t,alfa)n reakcióbeli rezonancia poziciójára a vártnál sokkal kevésbé érzékenyek a gyakoriságok.
Results in English
We have studied the dependence of the stellar carbon and oxygen production on the triple-alpha rate. By varying the 0+_2 state of C-12, we determined the amounts of carbon and oxygen, produced in low-, medium-, and high-mass stars. Our results show that the carbon- and oxygen production in massive stars strongly depend on the initial mass, and the full description of the complete stellar evolution is essential. The recently observed variation of the fine structure constant on cosmological scales leads to a temporal variation of the position of the 0+_2 state of carbon. This results in changes in the stellar isotope ratios. This may lead to changes in the isotope ratios in gas clouds produced in early metal-poor stars, or in the core and thus the brightness of type Ia supernovae, used in cosmological distance measurements.
We have developed a computer model of primordial nucleosynthesis, and studied the dependence of the produced elemental abundances on the physical constants. We found that the Li-7 abundance is the most sensitive to changes in the quark masses, which may help to explain the primordial lithium anomaly. By studying the dependence of the primordial nuclear reactions on the coupling constant of the strong interaction, we have found that the elemental abundances are much less sensitive to the resonance position of the critical d(t,alpha)n reaction than expected.
O. Cohen, L. A. Fisk, I. I. Roussev, G. Toth, T. I. Gombosi: Enhancement of Photospheric Meridional Flow by Reconnection Processes, Astrophysical Journal, 645, 1537-1542, 2006
H. Schlattl, A. Heger, H. Oberhummer, T. Rauscher, A. Csótó: Sensitivity of the C and O production on the 3-alpha rate, Astrophysics and Space Science 291, 27, 2004
G. Toth, D. Kovacs, K. C. Hansen, T. I. Gombosi: Three-dimensional MHD Simulations of the Magnetosphere of Uranus, Journal of Geophysical Research 109, 11210, 2004
D. L. De Zeeuw, S. Sazykin, R. A. Wolf, T. I. Gombosi, A. J. Ridley, G. Toth: Coupling of a Global MHD Code and an Inner Magnetosphere Model, Journal of Geophysical Research 109, 12219, 2004
B. Kocsis, Z. Haiman, Z. Frei: Can Virialization Shocks be Detected Around Galaxy Clusters Through the Sunyaev-Zeldovich Effect?, Astrophysical Journal, 623, 632, 2005
B. Kocsis, Z. Haiman, Z. Frei: Finding the Optical Counterparts of Supermassive Black Holes Discovered by LISA as Gravitational Wave Sources, Astrophysical Journal, beküldve, 2005
K. C. Hansen, A. J. Ridley, G. B. Hospodarsky, M. K. Dougherty, T. I. Gombosi, G. Toth: Global MHD Simulations of Saturn's Magnetosphere at the time of Cassini Approach, Geophysical Research Letters, 32, L20S06, 2005
G. Toth et. al.: Space Weather Modeling Framework: A New Tool for the Space Science Community, Journal of Geophysical Research, 110, A12226, 2005
G. Toth, D. L. De Zeeuw, T. I. Gombosi, K. G. Powell: A Parallel Explicit/Implicit Time Stepping Scheme on Block-Adaptive Grids, Journal of Computational Physics, 217, 722-758, 2006
A. J. Ridley, Y. Deng, G. Toth: The Global Ionosphere-Thermosphere Model, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 68, 839-864, 2006
G. Toth: Flexible, Efficient and Robust Algorithm for Parallel Execution and Coupling of Components in a Framework, Computer Physics Communications, 174, 793-802, 2006
