[論文レビュー] Abundances of light elements in metal-poor stars. I. Atmospheric parameters and a new T_eff scale

R. Gratton, E. Carretta+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 5, 1996

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、赤外線フラックス法（IRFM）と干渉測定による星の直径を組み合わせ、Kurucz（1992）のモデル大気を用いて、金属不足星のための新しい自己整合的効果温度（T_eff）スケールを提示する。古いOSMARCSモデルは対流の取り扱いの違いによりT_effを低く見積もっていることが明らかになり、これにより大気パラメータの不一致が解消された。この新しいスケールは、直接的なIRFM推定値およびHαラインの端部フィッティングと整合し、初期銀河進化研究における軽元素の元素比測定精度が向上する。

ABSTRACT

We present atmospheric parameters for about 300 stars of different chemical composition, whose spectra will be used to study the galactic enrichment of Fe and light elements. These parameters were derived using an homogenous iterative procedure, which considers new calibrations of colour- eff\ relations for F, G and K-type stars based on Infrared Flux Method (IRFM) and interferometric diameters for population~I stars, and the Kurucz (1992) model atmospheres. We found that these calibrations yield a self-consistent set of atmospheric parameters for eff$>4400$~K, representing a clear improvement over results obtained with older model atmospheres. Using this eff-scale and Fe equilibrium of ionization, we obtained very low gravities (implying luminosities incompatible with that expected for RGB stars) for metal-poor stars cooler than 4400~K; this might be due either to a moderate Fe overionization (expected from statistical equilibrium calculations) or to inadequacy of Kurucz models to describe the atmospheres of very cool giants. Our eff\ scale is compared with other scales recently used for metal-poor stars; it agrees well with those obtained using Kurucz (1992) models, but it gives much larger eff's than those obtained using OSMARCS models (Edvardsson et al. 1993). This difference is attributed to the different treatment of convection in the two sets of models. For the Sun, the Kurucz (1992) model appears to be preferable to the OSMARCS ones because it better predicts the solar limb darkening; furthermore, we find that our photometric eff's for metal-poor stars agree well with both direct estimates based on the IRFM, and with eff's derived from H$α$\ wings when using Kurucz models.

研究の動機と目的

• 多様な化学組成を有する約300個の金属不足星の整合的な大気パラメータを導出すること。
• 古くなったモデル大気および校正手法に起因する効果温度（T_eff）の決定における不整合を是正すること。
• 金属不足星における軽元素の元素比測定精度を向上させるために、自己整合的T_effスケールを確立すること。
• Kurucz（1992）とOSMARCSモデル大気の両方が、金属不足巨星のT_effおよび縁減光を予測する際にどれほど信頼できるかを評価すること。
• 元素比分析に用いる基本的星のパラメータを精緻化することで、銀河化学進化のより正確な研究を可能にすること。

提案手法

• 人口I星の赤外線フラックス法（IRFM）および干渉測定による星の直径を用いて校正された新しい色-T_eff関係を用い、反復的手順を適用して大気パラメータを導出する。
• T_eff、log g、および微乱流速度の導出に、理論的枠組みとしてKurucz（1992）モデル大気を用いる。
• T_eff値の整合性を確認するため、直接的なIRFM推定値およびHαライン端部フィッティングによる検証を実施する。
• 特に冷却星に対して、鉄のイオン化平衡を用いて導出パラメータの自己整合性を検証する。
• 新しいT_effスケールとOSMARCSモデルから導かれた既存スケールの比較を行い、対流モデルの違いに起因する不一致を特定する。
• Kurucz（1992）モデルの物理的妥当性を評価するため、太陽の縁減光プロファイルをベンチマークとして用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現代の光度測定および干渉測定データを用いて、金属不足星のための自己整合的T_effスケールをどのように確立できるか。
• RQ2 なぜOSMARCSモデルから導かれるT_eff値が、Kurucz（1992）モデルから導かれる値と顕著に異なるのか。
• RQ3 T_effの不一致が、金属不足巨星の表面重力および元素比の導出にどれほど影響を及ぼすか。
• RQ4 新しいT_effスケールは、冷却金属不足星における鉄のイオン化平衡をどのように是正できるか。
• RQ5 Kurucz（1992）モデル大気が、OSMARCSモデルよりも太陽の縁減光をどれほどよく再現できるか。

主な発見

• IRFMおよび干渉測定による星の直径に基づく新しいT_effスケールは、T_eff > 4400 Kの星に対して整合的な大気パラメータをもたらす。
• Kurucz（1992）モデル大気は、OSMARCSモデルよりも太陽の縁減光をよく再現しており、金属不足星の分析に用いる価値があることを裏付けている。
• 新しいスケールを用いて導出されたT_eff値は、OSMARCSモデルから得られる値よりも顕著に高く、主に対流の取り扱いの違いに起因する。
• 4400 K未満の冷却星では、鉄のイオン化平衡が不切実に低い重力を示唆しており、これは鉄の過剰イオン化または冷却巨星の大気モデルの不適切さを示唆している。
• Kuruczモデルを用いた場合、新しいT_effスケールは直接的なIRFM推定値およびHαライン端部フィッティングとよく一致し、その信頼性が確認された。
• 本研究は、Kurucz（1992）モデルが、独立したT_eff指標との整合性が良好であるため、金属不足星の分析に好ましいと結論づける。