[論文レビュー] A NLTE analysis of the hot subdwarf O star BD+28 4211. II. The optical spectrum

M. Latour, G. Fontaine+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 42被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、金属量を10倍太陽値に高めたNLTE線遮蔽モデル大気を用いることで、光学分光法のみで熱い亜水平星O型星の大気パラメータを正確に導出することを提案する。金属量を人工的に増加させることで吸収率効果を飽和させることで、BD+28◦4211のバルマー線およびヘリウム線に対する適合が著しく改善され、UV法による値と1,000 K以内の有効温度が得られ、長年の熱い星におけるバルマー線問題が解消された。

ABSTRACT

We present the second part of our detailed analysis of the hot sdO and spectroscopic standard star BD+28 4211, in which we focus on the optical spectrum. In the first part of our study, we determined the abundances of some 11 metals detected in the atmosphere of BD+28 4211 using UV spectra of the star and corroborated the fundamental parameters estimated in past studies (Teff $\sim$ 82,000 K, log g $\sim$ 6.2, and solar N(He)/N(H)). In this work, we aim at rederiving these secured parameters on the sole basis of high-quality optical spectra. A first grid of non-LTE line-blanketed model atmospheres, including metals with the abundances derived from the UV spectrum, does not give satisfactory results when we apply a standard simultaneous fitting procedure to the observed H and He lines of our optical spectra. The line profiles are not finely reproduced and the resulting effective temperatures, in particular, are too low by $\sim$10,000 K. We next investigate the probable cause of this failure, that is, the importance of missing opacity sources on the atmospheric stratification. We compare line profiles computed from models with artificially boosted metallicities, from solar abundances to 15$ imes$ these values. We find that the structural effects saturate for a metallicity of $\sim$10x solar, and use this to compute a second full grid of models and synthetic spectra. This metal-enriched grid allows us to achieve significantly improved spectral fits with models having the expected parameters. Our test case thus reveals that there is still a need for models with enhanced metallicity for better estimating the atmospheric parameters of objects such as hot subdwarfs and hot white dwarfs if only optical spectra are available.

研究の動機と目的

• 高品質な光学分光スペクトルのみを用いて、熱い亜水平星O型星BD+28◦4211の基本的パラメータを再導出すること。
• 標準的な太陽金属量を用いたNLTEモデルが、熱い星の観測されたバルマー線およびヘリウム線プロファイルを再現できない理由を調査すること。
• モデル大気における金属量の人工的増加が、大気構造を歪める欠落した吸収率源を補正できるかどうかを検証すること。
• 高分解能のアーカイブHIRESスペクトルを用いて、改良されたモデル適合を検証すること。
• UVデータが利用できない場合に、信頼性の高いパラメータ決定手法を確立すること。

提案手法

• Paper Iで得られたUV由来の元素比に基づき、太陽金属量のC, N, O, Mg, Si, S, Fe, Niを含むNLTE線遮蔽モデル大気のグリッドを構築した。
• 太陽金属量モデルを用いて、BD+28◦4211の光学スペクトルにおける観測されたHおよびHe線を一致させる標準的な同時適合手順を適用した。
• 金属量を太陽値から15倍太陽値まで段階的に増加させ、線プロファイル再現性および大気構造に与える影響を評価した。
• 金属量が約10倍太陽値に達するあたりで、線プロファイルに飽和効果が現れ、さらなる増加が構造的効果をもたらさないことを特定した。
• 10倍太陽金属量を用いた新しい完全なモデルグリッドを構築し、適合手順を再実行してより良好なスペクトル適合を得た。
• 最終モデルを高分解能・高信噪比のアーカイブHIRESスペクトルと比較検証し、線プロファイルにおいて優れた一致が得られることを確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ標準的な太陽金属量を用いたNLTEモデルは、BD+28◦4211の光学スペクトルにおけるバルマー線およびヘリウム線プロファイルを再現できないのか？
• RQ2 モデル大気における金属量の増加が、熱い亜水平星O型星の大気構造および線プロファイル再現性にどの程度の影響を与えるのか？
• RQ3 金属量の増加に対するモデル大気の構造的応答に飽和点が存在するのか？もしあるならば、そのレベルは何か？
• RQ4 金属量を10倍太陽値に高めたモデルグリッドを用いることで、光学スペクトルのみを用いて正確かつ一貫性のある大気パラメータ（Teff, log g）を導出できるか？
• RQ5 金属量を増加させた適合が、高分解能アーカイブ観測と整合的であるか？

主な発見

• 太陽金属量を用いた標準NLTEモデルは、BD+28◦4211の観測線プロファイルを再現できず、有効温度が約10,000 K低く算出された。
• 金属量を太陽値から15倍太陽値まで増加させた結果、約10倍太陽値で大気構造および線プロファイルに飽和効果が現れた。
• 10倍太陽金属量で、さらなる金属量増加が大気構造や線プロファイルに影響しなくなり、飽和が確認された。
• 10倍太陽金属量を用いたモデルグリッドを用いることで、光学スペクトルに対する良好な適合が達成され、UV由来の推定値と不確かさの範囲内で一致する大気パラメータが得られた。
• 最終モデルは高分解能HIRESスペクトルと優れた一致を示し、金属量を増加させた手法の信頼性が確認された。
• 本研究は、金属量を10倍太陽値に高めたモデルが、熱い亜水平星O型星の光学分光法のみによる正確なパラメータ導出に不可欠であると結論づけた。