[論文レビュー] Atomic diffusion and mixing in old stars IV: Weak abundance trends in the globular cluster NGC 6752

Pieter Gruyters, A. J. Korn+6 more|arXiv (Cornell University)|May 8, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 50被引用数 34

ひとこと要約

本研究は、16個の星を対象としたVLT/FLAMES-UVES分光計による金属不足の球状星団NGC 6752の弱い元素含有量の傾向を調査した。原子拡散に加えて混合が強化されているモデルが、Fe、Sc、Ti、Caの弱くも顕著な傾向を説明でき、修正された原始リチウム含有量log ε(Li) = 2.58 ± 0.10が得られ、ビッグバン核合成の予測と整合的である。

ABSTRACT

Atomic diffusion in stars can create systematic trends of surface abundances with evolutionary stage. Globular clusters offer useful laboratories to put observational constraints on this theory as one needs to compare abundances in unevolved and evolved stars, all drawn from the same stellar population. In this paper, we show the results of an abundance study of stars in the globular cluster NGC6752 which shows weak but systematic abundances trends with evolutionary phase for Fe, Sc, Ti and Ca. The trends are best explained by a stellar structure model including atomic diffusion with efficient additional mixing. The model allows to correct for sub-primordial stellar lithium abundances of the stars on the Spite plateau, and to match it to the WMAP-calibrated Big-Bang nucleosynthesis predictions to within the mutual 1-sigma errors.

研究の動機と目的

• 金属量が[Fe/H] ≈ -1.6の金属不足球状星団NGC 6752において、原子拡散および追加混合の作用が成立するかを検証すること。
• Fe、Sc、Ti、Ca、Mg、Liといった主要な元素について、進化段階（主系列回折点から赤色巨星分岐点まで）に伴う含有量傾向が存在するかを特定すること。
• NGC 6397における以前の研究と比較して、観測された含有量パターンを説明するのに必要な追加混合の効率を制約すること。
• 原子拡散補正済みの原始リチウム含有量を導出し、ビッグバン核合成の予測と整合性があるかを評価すること。
• 金属量依存性を比較することで、追加混合の効率が金属量にどのように依存するかを調査すること。

提案手法

• 進化段階（主系列回折点および赤色巨星分岐点）に分類された16個の星の高分解能VLT/FLAMES-UVES分光計データを用いて、微分的含有量解析を実施した。
• スターラーの連続スペクトルの自動正規化を実行し、一貫性のあるフラックス校正を確保するためにDAOSPECを用いた。
• 個々のスペクトル線に合成スペクトルをフィットさせ、太陽を基準として相対的な微分含有量を導出した。
• 原子拡散と追加混合（AddMix）を含む星の構造モデルを用い、特徴的な温度T₀でパラメータ化した。
• 観測された含有量傾向とモデル予測を比較し、必要な混合効率を推定した。
• Richardら（2005）の星の進化モデルにADおよびAddMixを組み込み、データの解釈と修正済み原始リチウム含有量の導出に用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 6752におけるFe、Sc、Ti、Ca、Mgについて、進化段階に伴う系的な含有量傾向が存在するか？
• RQ2 NGC 6752の観測された含有量パターンは、原子拡散および追加混合を含むモデルと整合的か？
• RQ3 金属量が0.5 dex高いことから、NGC 6752における追加混合の効率はNGC 6397と比較してどの程度異なるか？
• RQ4 NGC 6752における原子拡散補正済み原始リチウム含有量は何か？また、ビッグバン核合成の予測とどのように比較されるか？
• RQ5 観測された傾向の強さは、追加混合の効率が金属量に比例して増加するという仮説を支持するか？

主な発見

• Fe、Sc、Ti、Caについて、進化段階に伴う弱いが系的な含有量傾向が検出され、統計的有意性は2σであった。
• 観測された傾向は、NGC 6397で必要とされるよりもより効率的な追加混合を伴う星のモデルで最もよく説明された。
• 導出された原子拡散補正済み原始リチウム含有量はlog ε(Li) = 2.58 ± 0.10であり、WMAP補正済みのビッグバン核合成予測（2.71 ± 0.06）と1σの不確実性内での一致を示した。
• 傾向の強さはNGC 6397で観測されたものより弱く、追加混合がNGC 6752でより効率的である可能性を示唆しており、金属量の高いことによるものと考えられる。
• 解析結果から、NGC 6752のリチウム含有量は原始値を下回っており、同様の金属量の場所星と整合的であり、log ε(Li) ≥ 2.50を示す星の証拠は見つからなかった。
• 結果は、追加混合の効率が金属量に比例して増加する可能性を支持しており、金属量の高い星団では拡散の痕跡が抑制される可能性があると考えられる。