Explaining Lithium Enriched Red Giant Branch Stars

Contents 1 Introduction 1 1.1 Stellar evolutionary models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2 Lithium in astrophysics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.1 Big Bang Nucleosynthesis and the Lithium Problem . . . . . . 4 1.2.2 Chemical Enrichment of the Galaxy . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2.3 Lithium in stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.3 Red Giant Branch Stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3.1 Lithium rich giants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.4 Outline of this thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 I Scenarios of Lithium enrichment 21 2 Internal Mechanisms 22 2.1 Rotationally-induced mixing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.2 Thermohaline mixing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.3 Magnetic mechanisms and Magneto-Thermohaline Mixing . . . . . . 31 2.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3 External Mechanisms 35 3.1 Binary companions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.2 Substellar companion engulfment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.2.1 Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.2.2 Point of SSC dissipation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.2.3 Evolution of the supercial Li abundance . . . . . . . . . . . . 53 3.2.4 Rates of Li-enrichment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.2.5 SSC models in perspective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.2.6 Other observational constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 3.2.7 Evolution of 6Li abundance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 3.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 II Observational Applications 91 4 Trumpler 20 94 4.1 The possibility of extra mixing in the Trumpler 20 giants . . . . . . . 95 4.2 The two Li-rich giants in Trumpler 20: Possible engulfment . . . . . . 101 4.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 5 Field Giants 105 5.1 Sample selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 5.2 Measuring the Li abundance of the sample . . . . . . . . . . . . . . . 109 5.3 Comparison with other works . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 5.4 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 5.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 6 Stars with low main sequence Li abundances 127 6.1 Assembling the catalog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6.2 An overview of the catalog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 6.3 The lithium desert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 6.3.1 Characterizing the Li desert: Mass and metallicity . . . . . . . 143 6.3.2 Characterizing the Li Desert: Evolutionary stage . . . . . . . 145 6.3.3 The origin of the Li Desert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 6.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 6.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 III Summary and Future Work 163 Bibliography 183