[論文レビュー] A grid of MARCS model atmospheres for late-type stars I. Methods and general properties

B. Gustafsson, B. Edvardsson+4 more|ArXiv.org|May 5, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 87被引用数 1,267

ひとこと要約

本稿では、低温星のための10,000個の球対称MARCSモデル大気を網羅的に提示している。有効温度（2500–8000 K）、表面重力（log g = –1 から 5）、金属量（[Me/H] = –5 から +1）、およびC/NおよびC/O比を含む元素比の変動をカバーしている。モデルは最新の原子・分子データ、LTE、混合長対流、静水圧平衡を組み込み、KuruczおよびPHOENIXグリッドと優れた一致を示し、低温星における球対称性と分子ブランケット効果の複雑なフィードバックを明らかにしている。

ABSTRACT

We have constructed a grid of about 10,000 spherically symmetric and plane-parallel models with the MARCS program, and make it available for public use. Parameter ranges are: Teff=2500 to 8000 K, log g =log(GM/R2)= -1 to 5 (cgs) with various masses and radii, [Me/H]=-5 to +1, with [Alpha/Fe] = 0.0 and 0.4 and different choices of C and N abundances to also represent stars of types R, S and N, and with microturbulence parameters from 1 to 5 km/s. We also list fluxes in approximately 108,000 wavelength points. Underlying assumptions in addition to 1D stratification include hydrostatic equilibrium, MLT convection and LTE. A number of general properties of the models are discussed, in relation to the effects of changing blanketing and sphericity. Models are compared with other available grids and excellent agreement is found with plane-parallel models of Castelli and Kurucz within the overlapping parameter range. Although there are departures from the spherically symmetric NextGen models, the agreement with more recent PHOENIX models is gratifying. The models of the grid show regularities, but some interesting departures from general patterns occur for the coolest models due to the molecular opacities. We have tested rules of thumb concerning effects of blanketing and sphericity and found them to often be astonishingly accurate. Some interesting new phenomena have been discovered, such as the intricate coupling between blanketing and sphericity, and the strong effects of carbon enhancement on metal-poor models. We give further details of models and comparisons with observations in subsequent papers.

研究の動機と目的

• 低温星のための均一的かつ公開可能なモデル大気グリッドの開発を目的とし、スペクトルおよび光度的解析を支援すること。
• 最新の原子・分子線データ（特にブランケット効果を含む）を組み込むことで、モデルの精度を向上させること。
• 球対称性、金属量、炭素過剰の影響がモデル構造および放射束に与える影響を調査すること。
• KuruczおよびPHOENIXなどの既存グリッドとの一貫性と相互運用性を、厳密な比較を通じて保証すること。
• 星の大气および元素比解析に使用可能な補間ツールおよび詳細な熱力学的データの提供

提案手法

• MARCSコードを用いて球対称モデル大気を計算し、高表面重力の場合は平面平行モデルを用いる。
• 1次元の層状構造、静水圧平衡、混合長対流、およびLTEを仮定する。
• 原子・分子線データはVALD、OP、IPデータベースを用いて更新され、分子およびイオンの広範な線リストが使用される。
• 約108,000波長点で、温度（T）、ガス圧（P_g）、電子圧（P_e）、密度（ρ）、および部分圧、ローゼンベルグ平均透過率（Rosseland mean opacity）が計算される。
• 表にないパラメータでのモデルアクセスを可能とする補間ルーチンを実装し、Tでは0.25%未満、P_gおよびP_eでは数パーセント未塔の誤差で妥当性が検証された。
• Kurucz（平面平行）およびPHOENIX（3次元に類似）モデルとの比較を通じて、一貫性および正確性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 球対称性と分子ブランケット効果が低温・低重力星においてどのように相互作用するか、どのようなフィードバック機構が生じるか？
• RQ2 現実的なモデルグリッドにおいて、ブランケット効果および球対称性の近似的な解析的ルールはどの程度有効か？
• RQ3 C/NおよびC/O比の変動が、特に金属不足星においてモデル構造および放射束にどのように影響を与えるか？
• RQ4 KuruczおよびPHOENIXなどの既存グリッドと重複するパラメータ空間において、MARCSモデルはどの程度一致するか？
• RQ5 金属量、α過剰、微乱流速度がモデル大気およびスペクトルに与える定量的影響は何か？

主な発見

• グリッドは約10,000個のモデル大気を含み、T_effは2500 Kから8000 K、log gは–1から5、[Me/H]は–5から+1、[α/Fe]は0.0および0.4をカバーしている。
• 対流の取り扱いを一貫して行う場合、平面平行Kuruczモデルと優れた一致を示し、数値的手法の妥当性が裏付けられた。
• 数値的手法およびデータ選択の違いがあるにもかかわらず、より最近のPHOENIXグリッドとの一致は満足すべきものであった。
• 特に最も低温のモデルでは、分子光学厚さが支配的であるため、球対称性と分子ブランケット効果の強いフィードバックが特定された。
• ブランケット効果および球対称性の近似的なルールは、グリッド全体にわたり驚くほど正確に成立している。
• 炭素過剰は金属不足モデルに強く非線形な影響を及ぼし、特にC豊富（R、S、N型）星において構造および放射束を顕著に変化させる。