[論文レビュー] Abundance analysis of prime B-type targets for asteroseismology I. Nitrogen excess in slowly-rotating beta Cephei stars

T. Morel, K. Butler+3 more|ArXiv.org|Jul 12, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 79被引用数 92

ひとこと要約

本研究は、星震学を目的とした9個の代表的B型星について、非局所熱力学的平衡（NLTE）を用いた詳細な元素分佈解析を実施した。主な対象は窒素、炭素、酸素、その他の元素であり、4つのゆっくり回転するβ Cephei星（β Cep、V2052 Oph、δ Cet、ξ¹ CMa）において、わずかな窒素過剰（最大0.6 dex）が確認された。これは、それらの星が低回転速度であるにもかかわらず、現在の進化モデルとは矛盾する結果であり、放射拡散や磁場が表面元素分佈の異常を引き起こす可能性を示唆している。

ABSTRACT

We present the results of a detailed NLTE abundance study of nine beta Cephei stars, all of them being prime targets for theoretical modelling: gamma Peg, delta Cet, nu Eri, beta CMa, xi1 CMa, V836 Cen, V2052 Oph, beta Cep and DD (12) Lac. The following chemical elements are considered: He, C, N, O, Mg, Al, Si, S and Fe. Our abundance analysis is based on a large number of time-resolved, high-resolution optical spectra covering in most cases the entire oscillation cycle of the stars. Nitrogen is found to be enhanced by up to 0.6 dex in four stars, three of which have severe constraints on their equatorial rotational velocity, ΩR, from seismic or line-profile variation studies: beta Cep (ΩR~26 km/s), V2052 Oph (ΩR~56 km/s), delta Cet (ΩR < 28 km/s) and xi1 CMa (ΩR sin i < 10 km/s). The existence of core-processed material at the surface of such largely unevolved, slowly-rotating objects is not predicted by current evolutionary models including rotation. We draw attention to the fact that three stars in this subsample have a detected magnetic field and briefly discuss recent theoretical work pointing to the occurrence of diffusion effects in beta Cephei stars possibly capable of altering the nitrogen surface abundance. On the other hand, the abundances of all the other chemical elements considered are, within the errors, indistinguishable from the values found for OB dwarfs in the solar neighbourhood. Despite the mild nitrogen excess observed in some objects, we thus find no evidence for a significantly higher photospheric metal content in the studied beta Cephei stars compared to non-pulsating B-type stars of similar characteristics.

研究の動機と目的

• 星震学的モデリングの改善を目的として、重要なβ Cephei星の正確な星像パラメータと元素分佈を特定すること。
• ゆっくり回転するβ Cephei星に観測された窒素過剰が、標準的進化モデルで説明可能かどうかを調査すること。
• β Cephei星の金属量が、脈動を示さないB型星と顕著に異なるかどうかを評価すること。
• 放射拡散や磁場が、これらの星の表面元素分佈に与える可能性を検討すること。

提案手法

• 星の全脈動サイクルをカバーする高分解能で時間的に解像された光学スペクトルを用いて、成長曲線法による元素分佈解析を実施した。
• 初期B型星の大気における局所熱力学的平衡からの逸脱を考慮するため、非局所熱力学的平衡（NLTE）モデルを採用した。
• ヘリウム、炭素、窒素、酸素、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、硫黄、鉄のスピンラインを分析し、表面元素分佈を導出した。
• 太陽スケールの分포と近隣のOB矮星の分포を比較し、金属量と化学的特異性を評価した。
• 星震学的およびラインプロファイル変動の研究から得られる赤道回転速度（ΩR）の制約を用いて、ゆっくり回転する対象を同定した。
• 磁場と放射力が、特に窒素の分離に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ゆっくり回転するβ Cephei星は、標準的進化モデルとは一致しない窒素過剰を示すか？
• RQ2 これらの星の観測された窒素強化は、回転混合によるものか、それとも放射拡散のような代替プロセスによるものか？
• RQ3 太陽系近傍の脈動を示さないB型矮星と比較して、β Cephei星の表面元素分佈はどのように異なるか？
• RQ4 低回転速度が見られる中で、放射力が観測された窒素過剰を説明できるか？
• RQ5 磁場は、これらの星における表面元素分佈の異常を強化または可能にする役割を果たすか？

主な発見

• β Cep、V2052 Oph、δ Cet、ξ¹ CMa の4つのβ Cephei星において、窒素が最大0.6 dexまで過剰に蓄積されている。これは、それらの星が低回転速度であるにもかかわらず顕著である。
• これらの星は赤道回転速度に厳しい制約がかけられており（δ CetではΩR < 28 km s⁻¹、β CepではΩR ≈ 26 km s⁻¹、ξ¹ CMaではΩR sin i < 10 km s⁻¹）、標準的モデル（回転を含む）の予測とは矛盾する。
• 研究対象のβ Cephei星の金属量は特記すべきものではなく、近隣の初期B型矮星と同等であり、全体的な金属量（Z）に顕著な過剰は認められない。
• ν Eriでは、[N/C]および[N/O]比が太陽値より約0.25 dex高いことから、深部混合や放射拡散の影響が示唆される。
• サンプルに含まれる3つの星（β Cep、V2052 Oph、ν Eri）では磁場が検出されており、磁場と元素分佈異常との関連性が示唆される。
• 最近の理論的検討では、窒素に対する放射力が炭素や酸素よりも大きくなる可能性が示されており、特定の星の条件下では表面への窒素蓄積を引き起こす可能性がある。