[論文レビュー] Abundances of neutron-capture elements in G 24-25. A halo-population CH subgiant

S. Liu, P. E. Nissen+4 more|Mar 26, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 75被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、[Fe/H] = -1.4 の金属不足なハロー領域の亜巨星 G 24-25 における炭素および Sr から Pb までの 12 個の中性子捕獲元素の詳細なフルオラス解析を提示する。この星は炭素および重い $s$-過程元素で顕著な過剰を示す。高分解能分光法と AGB 風付着モデルを用いて、特に [Pb/Ba] = 0.33 および [Pb/Fe] = 1.68 という特徴的な元素比が、現在白色矮星となった過去の漸近巨星分支（AGB）の同伴星からの物質移動に起因することを示し、ハロー的金属量を示す CH 亜巨星としてのその身元を確認した。

ABSTRACT

The differences between the neutron-capture element abundances of halo stars are important to our understanding of the nucleosynthesis of elements heavier than the iron group. We present a detailed abundance analysis of carbon and twelve neutron-capture elements from Sr up to Pb for a peculiar halo star G24-25 with [Fe/H] = -1.4 in order to probe its origin. The equivalent widths of unblended lines are measured from high resolution NOT/FIES spectra and used to derive abundances based on Kurucz model atmospheres. In the case of CH, Pr, Eu, Gd, and Pb lines, the abundances are derived by fitting synthetic profiles to the observed spectra. Abundance analyses are performed both relative to the Sun and to a normal halo star G16-20 that has similar stellar parameters as G24-25. We find that G24-25 is a halo subgiant star with an unseen component. It has large overabundances of carbon and heavy s-process elements and mild overabundances of Eu and light s-process elements. This abundance distribution is consistent with that of a typical CH giant. The abundance pattern can be explained by mass transfer from a former asymptotic giant branch component, which is now a white dwarf.

研究の動機と目的

• 金属不足なハロー領域の亜巨星 G 24-25 における中性子捕獲元素（Sr から Pb まで）のフルオラスパターンを、[Fe/H] = -1.4 の条件下で特定すること。
• 炭素および $s$-過程元素（特に鉛（Pb））の極端な過剰が生じる理由を解明すること。Pb はハロー星では希少である。
• Ba 巨星、CH 巨星、CEMP-s 巨星などの他の化学的に特異な星のフルオラス比と比較し、共通する進化経路を評価すること。
• AGB 風付着モデルが観測されたフルオラス強化、特に [Pb/Ba] 比と全体的な $s$-過程パターンを再現できるかどうかを検証すること。
• 径速度変動とフルオラス異常を組み合わせて、G 24-25 が二重星であることを確認し、CH 星の広い分類に位置づけること。

提案手法

• FIES 分光計を用いたノルディック望遠鏡（NOT）で、G 24-25 および基準星 G 16-20 の高分解能分光データ（R ~ 40,000）を取得した。
• 分光スペクトルからブレンドのないラインの等価幅を測定し、Kurucz のモデル大気を用いて元素フルオラスを導出した。
• 弱いまたはブレンドのあるライン（例：Pr, Eu, Gd, Pb）については、合成スペクトルプロファイルを観測データにフィットさせて正確なフルオラスを導出した。
• 元素比は太陽および大気パラメータが類似した基準ハロー星 G 16-20 を基準として相対比で算出した。
• 二つの単純な AGB 風付着モデルを用いて、$s$-過程元素の核生成産物をシミュレートし、観測フルオラスと比較した。
• Ba 巨星、CH 星、CEMP-s 星に関する既存の文献データと比較し、共通のフルオラストレンドと進化的関連性を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 G 24-25 における中性子捕獲元素（Sr から Pb まで）のフルオラスパターンは何か？また、太陽および基準星との比較ではどうなるか？
• RQ2 G 16-20 に類似したハロー星では見られないが、なぜ G 24-25 には 4057.8 Å に強い Pb ラインが観測されるのか？
• RQ3 G 24-25 の炭素および $s$-過程元素の観測された過剰は、過去の AGB 伴星からの物質移動によって説明可能か？
• RQ4 G 24-25 の [Pb/Ba]、[Pb/Fe]、[hs/ls] フルオラス比は、他の CH 星や CEMP-s 星と比べてどうなるか？
• RQ5 CH 亜巨星、Ba 巨星、CEMP-s 星を二重星物質移動によって結ぶ一貫した進化経路が存在するか？

主な発見

• G 24-25 は [Fe/H] = -1.4 の CH 亜巨星として確認され、炭素および重い $s$-過程元素（Pb を含む）で顕著な過剰を示し、Eu および軽い $s$-過程元素でもわずかな過剰を示す。
• この星の [Pb/Ba] 比は 0.33、[Pb/Fe] は 1.68 であり、低金属量で [Pb/Ba] > 1.0 を示す典型的な鉛豊富星とは異なり、鉛過剰が顕著ではない。
• G 24-25 のフルオラスパターンは、古典的 CH 巨星および CEMP-s 星とよく一致しており、AGB 伴星からの物質移動によって同じ起源を有することを支持する。
• AGB 風付着モデルは、重い $s$-過程元素と軽い $s$-過程元素の相対的フルオラス比を含め、観測された $s$-過程元素の強化をうまく再現した。
• 径速度変動と二重星としての特徴、加えてフルオラスパターンの両方が、G 24-25 がハロー領域に属する新たに同定された CH 亜巨星であることを確認した。金属量は古くから知られるハロー星に典型的な値を示す。
• 文献データとの比較により、G 24-25 は [C/Fe]、[s/Fe]、[hs/ls] と [Fe/H] の関係で既知のトレンドに従っており、CH 星、Ba 星、CEMP-s 星が二重星進化によって結びついていることを強化する証拠となった。