[論文レビュー] A Reestimate of the Protosolar 2H/1H ratio from 3He/4He solar wind measurements

D. Gautier, P. Morel|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 1997

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ひとこと要約

本論文は、太陽風の3He/4He比と微視的拡散を含む太陽進化モデルを用いて、原始太陽系の2H/1H比を再評価している。太陽風における観測された3He/4He比にフィットさせ、ガリレオ探査機が得た木星の大気中の3He/4He比を組み込むことで、原始太陽系の2H/1H比は(3.01 ± 0.17) × 10⁻⁵と導かれた。これは銀河化学進化モデルと整合的であり、木星の大気中の重水素含有量とわずかに一致する。

ABSTRACT

We reanalyze the inference of the protosolar abundance of deuterium made by Geiss (1993) from measurements of 3He/4He in the solar wind. We use an evolutionary solar model with microscopic diffusion, constrained to fit the present age, radius and luminosity, as well as the observed ratio of heavy elements to hydrogen. The protosolar 2H/1H is obtained from the best fit of 3He/4He in the solar wind. Taking for the protosolar 3He/4He the value measured in Jupiter by the Galileo probe (Niemann et al. 1996), we derive the protosolar 2H/1H=(3.01 +- 0.17) 10^{-5} ratio. Compared to the present interstellar medium value (Linsky et al. 1993), this result is compatible with models of the chemical evolution of the Galaxy in the solar neighborhood; it is also marginally compatible with the Jovian 2H/1H=(5 +- 2) 10^{-5} ratio measured by Galileo.

研究の動機と目的

• 更新された太陽風の3He/4He比測定値を用いて、原始太陽系の2H/1H比を再評価すること。
• 微視的拡散を含む太陽進化モデルを組み込むことで、Geiss (1993) の推定を改善すること。
• ガリレオ探査機による木星の大気中の測定された3He/4He比を用いて、原始太陽系の重水素含有量を制約すること。
• 導かれた2H/1H比が太陽系近傍の銀河化学進化モデルと整合的かどうかをテストすること。
• ガリレオ探査機が測定した木星の大気中の2H/1H比(5 ± 2) × 10⁻⁵と、その整合性を評価すること。

提案手法

• 本研究は、太陽の現在の年齢、半径、光度、重元素比を再現できるように、微視的拡散を含む太陽進化モデルを採用している。
• モデルは、原始太陽系の3He/4He比を示す代理指標としての太陽風における観測された3He/4He比に合わせてキャリブレーションされる。
• 原始太陽系の3He/4He比は、太陽系初期の物質組成を反映すると仮定したガリレオ探査機による木星の大気中の測定値からとられる。
• 2H/1H比は、太陽風における観測された3He/4He比にモデルをフィットさせることで導出され、核反応ネットワークの進化による既知の3He/4Heから2H/1Hへの変換関係を用いる。
• モデルは、太陽の生涯にわたる拡散および核反応処理による3Heおよび2Hの減少を考慮している。
• 最終的な2H/1H比の不確実性は、3He/4He入力およびモデルパラメータの不確実性に起因して伝搬される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽進化と拡散を考慮した場合、太陽風の3He/4He比測定値から導かれる原始太陽系の2H/1H比は何か？
• RQ2 導かれた2H/1H比は、Linskyら(1993)が報告した現在の銀河系間銀河媒体の値(3.0 ± 0.5) × 10⁻⁵とどのように比較されるか？
• RQ3 導かれた2H/1H比は、太陽系近傍の銀河化学進化モデルと整合的か？
• RQ4 導かれた2H/1H比は、ガリレオ探査機が測定した木星の大気中の2H/1H比とどのように比較されるか？
• RQ5 木星の大気中のガリレオ測定3He/4He比を用いることで、推定される原始太陽系2H/1H比にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 太陽風の3He/4He比測定値と微視的拡散を含む太陽進化モデルを用いた結果、原始太陽系の2H/1H比は(3.01 ± 0.17) × 10⁻⁵に再評価された。
• 導かれた2H/1H比は、Linsky ら (1993) が報告した現在の銀河系間銀河媒体の値(3.0 ± 0.5) × 10⁻⁵と整合的である。
• 導かれた2H/1H比は、ガリレオ探査機が測定した木星の大気中の2H/1H比(5 ± 2) × 10⁻⁵とわずかに一致するが、これは測定値の不確実性や潜在的な矛盾を示唆している。
• 木星の大気中のガリレオ測定3He/4He比を原始太陽系3He/4He比の代理として用いることは、推定の根幹であり、2H/1H比の高精度な推定を可能にしている。
• 微視的拡散をモデルに組み込むことで、太陽進化の物理的整合性が向上し、2H/1H比の導出の信頼性が高まった。
• 最終的な2H/1H比の不確実性は、3He/4He入力の不確実性に起因しており、モデルパラメータの不確実性よりも支配的である。