[論文レビュー] Abundances of light elements in metal-poor stars. III. Data analysis and results

E. Carretta, R. Gratton+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 4被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、高分解能分光法および改良された大気パラメータを用いて、金属不足のフィールド星におけるFe、C、N、O、Na、Mgの非局所熱力学的平衡（non-LTE）解析を実施した。金属不足星（[Fe/H] < -0.8）において、酸素の過剰度がほぼ一定の0.46±0.02 dexであることが確認され、金属量の変化に強く依存しない傾向を示した。一方、混合されていない星では炭素（C）およびナトリウム（Na）の過剰度が鉄（Fe）と比例しており、再評価されたT_effスケールに起因して、金属不足のディスク白色矮星におけるC過剰度に関する従来の主張が疑問視された。

ABSTRACT

We present the analysis of an extensive set of new and literature high quality data concerning Fe, C, N, O, Na, and Mg, exploiting the Teff scale determined in Gratton et al. (1996), and the non-LTE abundance corrections computed in Gratton et al. (1999). Results obtained with various abundance indices are discussed and compared. Our non-LTE analysis yields the same O abundances from both permitted and forbidden lines for stars with Teff&gt;4600 K, in agreement with King (1993), but not with other studies using a lower Teff-scale for subdwarfs. However we obtain slightly smaller O abundances for the most luminous metal poor field stars than for fainter stars of similar metallicities, an effect attributed to inadequacies of the adopted model atmospheres (Kurucz 1992, with overshooting) for cool stars. We find a nearly constant O overundance in metal poor stars ([Fe/H]&lt;-0.8), at a mean value of 0.46+-0.02 dex (sigma=0.12, 32 stars), with only a gentle slope with [Fe/H] (~ -0.1); this result is different from the steeper slope recently obtained using OH band in the near UV. If only 'bonafide' unmixed stars are considered, C abundances scale with Fe ones (i.e. [C/Fe]~ 0) down to [Fe/H]~ -2.5. Due to our adoption of a different Teff-scale, we do not confirm the slight C excess in the most metal poor disk dwarfs (-0.8&lt;[Fe/H]&lt;-0.4) found in previous studies. Na abundances scale as Fe ones in the high metallicity regime, while metal-poor stars present a Na underabundance. None of the field stars analyzed belong to the group of O-poor and Na-rich stars observed in globular clusters. Na is deficient with respect to Mg in halo and thick disk stars; within these populations, Na deficiency may be a slow function of [Mg/H]. Solar [Na/Mg] ratios are obtained for thin disk stars.

研究の動機と目的

• 高分解能分光法を用いて、金属不足のフィールド星における軽元素（C、N、O、Na、Mg、Fe）の正確な組成を決定すること。
• non-LTE補正および改善された有効温度スケールが組成決定に与える影響を評価すること。
• 金属不足のディスク白色矮星におけるC過剰度に関する、従来の研究との不一致を解消すること。
• 金属量および星の型に応じて、酸素（O）、炭素（C）、ナトリウム（Na）、マグネシウム（Mg）の組成がどのように変化するかを検討すること。
• 将来の銀河化学進化モデル構築の基盤を、一貫性があり高品質な組成データを提供すること。

提案手法

• 19個の新規星の高分解能・高信噪比スペクトルを分析し、文献からの等価幅データを補完した。
• 全要素について、Grattonら（1996a）のT_effスケールおよびGrattonら（1999a）のnon-LTE補正を用いた。
• 対流拡散を含むKuruczモデル大気を用いて星の構造モデル化を行った。
• 複数のスプライスラインおよびインデックス（例：禁制線および許容線）からの組成結果を比較し、一貫性を確認した。
• Fe、C、N、O、Na、Mgのラインに対してnon-LTE補正を適用し、局所熱力学的平衡からの逸脱を是正した。
• 統計的比較を通じて、前例の研究（例：Gratton ら 1999b、Fuhrmann 1998）との系統的差異を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 より高いT_effスケールを用いることで、金属不足のディスク白色矮星におけるC組成測定の不一致が解消されるか？
• RQ2 non-LTE効果を適切に考慮した場合、許容線および禁制線からの酸素組成が整合的か？
• RQ3 金属不足星における[O/Fe]の[Fe/H]依存性の真の傾向は何か？OHバンドを用いた従来の推定値と比較するとどうなるか？
• RQ4 混合されていない金属不足星において、CおよびNaの組成はFeと比例するか？それとも、以前に報告されたC過剰度の証拠があるか？
• RQ5 最も明るい金属不足星が、類似した金属量の明るさの低い星よりもわずかに酸素組成が低いのはなぜか？

主な発見

• T_eff > 4600 Kの星において、許容線および禁制線からの酸素組成が一致しており、non-LTE解析の信頼性が裏付けられた。
• 金属不足星（[Fe/H] < -0.8）における酸素の平均過剰度は0.46±0.02 dexであり、[Fe/H]の1デキサドごとに約-0.1 dexのわずかな負の勾配を示した。これは、OHバンド解析から得られたより急な傾斜とは矛盾する。
• 最も明るい金属不足フィールド星は、類似した金属量の明るさの低い星よりもわずかに酸素組成が低く、これは冷却星に対してKuruczモデルにオーバーシュートを含むものが不適切であることが原因であるとされた。
• 真に混合されていない星において、炭素組成は鉄組成と比例しており（[C/Fe] ≈ 0）、金属不足のディスク白色矮星における中程度のC過剰度に関する従来の主張は否定された。
• ナトリウム組成は高金属量星では鉄と比例するが、金属不足星では不足度を示した。フィールド星では、球状星団で見られるO不足・Na過剰の特徴を示す星は観測されなかった。
• 本研究とGratton ら（1999b）との間で、一貫した大気パラメータを用いた場合、[Fe/H]、[C/Fe]、[O/Fe]の平均差は±0.05 dex以内であり、結果の堅牢性が確認された。