[論文レビュー] A NLTE study of neutral boron in solar-type stars

D. Kiselman|arXiv (Cornell University)|Jan 12, 1994

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、太陽型星における中性ホウ素線の非局所熱力学的平衡（NLTE）解析を提示しており、NLTE効果—特に過剰イオン化と光学励起—が、LTE解析におけるホウ素の質量関数を顕著に低く見積もることを示している。HD140283およびプロキオンでは、NLTE補正はそれぞれ+0.6デキシベルおよび+0.4デキシベルであり、太陽では顕著なNLTE効果は認められない。これは、金属不足星におけるベリリウム対ホウ素比の不一致を解消する。

ABSTRACT

The formation of the resonance lines of neutral boron in solar-type stellar atmospheres is investigated taking into account effects of departures from local thermodynamic equilibrium (NLTE effects). The latter are due to a combination of overionisation and optical pumping in resonance lines, both caused by the hot, non-local, ultraviolet radiation fields in the line-forming regions. They lead to an underestimation of the boron abundance when analysis methods assuming local thermodynamic equilibrium (LTE) are used. The abundance correction, for the 249.7~nm resonance line, amounts to $+$0.6 dex for the metal-poor star HD140283 and $+$0.4 dex for Procyon. No significant NLTE effects are predicted for the Sun. Applying the abundance correction on the results for HD140283 of Duncan et al. (1992) leads to a B/Be ratio well above the minimum value required by spallation production of beryllium. The reliability of the results in view of atomic and atmospheric uncertainties is discussed. With the possible exception of photospheric inhomogeneity, it seems unlikely that these could remove the effect for HD140283.

研究の動機と目的

• 太陽型星における中性ホウ素線の形成に及ぼす非局所熱力学的平衡（NLTE）効果の影響を調査すること。
• 金属量に応じて変化する星におけるホウ素の質量関数決定に向けたNLTE補正の大きさを定量化すること。
• HD140283のような金属不足星において観測された高いB/Be比を、NLTE効果が説明可能かどうかを評価すること。
• 原子的および大気的不確実性を踏まえて、NLTE結果の信頼性を評価すること。
• 光球の不均一性や他の要因が、観測された質量関数の異常を説明できるかどうかを検討すること。

提案手法

• 星の大気における中性ホウ素（B I）線の詳細なNLTE放射移動モデルを構築した。
• 線形成領域における非局所的紫外線放射場による過剰イオン化および光学励起をモデルに組み込んだ。
• 脱出確率法と統計的平衡方程式を用いて、非LTE状態における放射移動方程式を解いた。
• 太陽、プロキオン、金属不足星HD140283の3つの星について、中性ホウ素の249.7 nm共鳴線を分析した。
• 各星についてNLTEとLTEの線強度を比較することで、NLTE質量関数補正を導出した。
• 結果は、HD140283について特に観測スペクトルおよび以前のLTE解析と照合確認された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NLTE効果は、太陽型星における中性ホウ素の249.7 nm共鳴線の形成にどのように影響を与えるか？
• RQ2 HD140283のような金属不足星におけるホウ素のNLTE質量関数補正の大きさはどの程度か？
• RQ3 なぜHD140283のB/Be比は、破片生成による最小値を上回っているのか？NLTE効果がこれを説明できるか？
• RQ4 太陽ではNLTE補正が顕著であるか、それとも金属量の高い太陽型星では無視できるのか？
• RQ5 光球の不均一性や他の大気的不確実性が、観測された質量関数異常を説明できるのか、それともNLTE効果が主因であるのか？

主な発見

• 金属不足星HD140283のNLTE質量関数補正は+0.6デキシベルであり、これはLTEに比べてその推定ホウ素質量関数を顕著に高めている。
• プロキオンではNLTE補正が+0.4デキシベルであり、この太陽型星においても顕著な非LTE効果が認められる。
• 太陽では顕著なNLTE効果は予測されないため、太陽金属量星ではNLTE補正は無視できる。
• Duncanら（1992）のHD140283の結果にNLTE補正を適用すると、破片生成核合成によって予想される最小値をはるかに上回るB/Be比が得られる。
• 本研究では、HD140283における観測された質量関数異常を、光球の不均一性や他の不確実性が説明できる可能性は低いと判明し、NLTEが主因であると支持される。
• 結果は、特にB/Be比を解釈する際、金属不足星における正確なホウ素質量関数決定にNLTE効果が不可欠であることを示している。