[論文レビュー] Chemical abundances in cool metal rich disk dwarf stars

Patrik Thoren, S. Feltzing|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、LTEにおける合成スペクトル解析を用いて、12個の冷却金属豊富なディスク矮星における元素組成を再分析し、先行研究で報告された顕著な異常を解消した。金属豊富なK矮星が適切な温度および励起平衡補正を施せば、異常な組成を示さないことが確認され、銀河化学進化の研究におけるその利用が妥当であることが裏付けられ、精度が向上した。

ABSTRACT

The present study of spectra of twelve metal-rich cool dwarf stars, carefully selected in order to cover a range of temperatures (~4400 - 6000 K), is a follow up on Feltzing & Gustafsson (1998, A&AS 129, 237) with the aim to understand the apparent over-ionization and anomalous elemental abundances found by them for the K dwarf stars in their sample. Our method of analysis employs synthetic spectra of the full spectrum both to constrain the continuum level and to derive abundances. It is shown that by using this method and imposing a strict excitation equilibrium (possible to do because of the care in selection of observed Fe I lines) we are able to show that metal-rich K dwarf stars do not show anomalous stellar abundances, as indicated in Feltzing & Gustafsson (1998), and can, with reasonable efforts, be analyzed in order to increase the number of metal-rich stars with useful chemical abundances. With abundance analysis by means of spectrum synthesis and assuming Local Thermodynamic Equilibrium (LTE) the abundances of Na, Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, and Nd have been derived. Also ionization balance is satisfied for Fe and Cr after correcting the stellar effective temperatures such that both ionization and excitation equilibrium were satisfied. In addition, spectra from five cool dwarf stars of the Feltzing & Gustafsson (1998) sample have been analyzed with the methods used in this work. They show essentially the same abundance patterns as the new stars in this sample.

研究の動機と目的

• Feltzing & Gustafsson (1998) が報告した冷却金属豊富なK矮星における元素組成の不一致を解消すること。
• 過去の研究で観測された顕著な過剰イオン化および異常な組成が、方法論的欠陥に起因しているかどうかを検証すること。
• 冷却金属豊富な矮星が銀河化学進化の研究における信頼できるトレーサーとして使用可能であることを検証すること。
• 励起平衡およびイオン化平衡の厳密な制約を課した合成スペクトル合成を用いて、組成決定を改善すること。
• 一貫性を保つために、FG98サンプルの5つの星を同じ洗練された手法で再分析すること。

提案手法

• 全観測スペクトルをモデル化する合成スペクトル合成を用い、正確な連続スペクトルレベルの決定を可能にした。
• 一貫した励起エネルギーを持つ多数のFe I線を用いて励起平衡を強制し、効果的温度の制約を実現した。
• Fe IとFe II線のイオン化バランスを適用して、効果的温度および表面重力の精錬を行った。
• 写真測光と分光的フィッティングの両方を用いて星のパラメータ（Teff、log g、[Fe/H]）を校正し、反復的改善を加えた。
• 合成スペクトルの計算にMARCS大気モデルグリッドを用い、複数の波長領域で観測データと比較した。
• 主要な元素の組成精度を最大化するために、ブレンドのないCa線が豊富な7つの波長領域を選択した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 冷却金属豊富なK矮星は、以前に報告されたように異常な元素組成を示すのか？
• RQ2 合成スペクトル解析は、過去の研究で見つかったFeおよびCrのイオン化バランスの不一致を解消できるのか？
• RQ3 ストルンゲン写真測光から導かれる星のパラメータは、最も冷却された金属豊富な矮星に対して正確なのか？
• RQ4 金属豊富な星におけるα元素（Si、Ca、Ti）および鉄族元素（Cr、Ni、Co、V）の組成傾向は、より暖かい星と同一のパターンを示すのか？
• RQ5 金属量に伴いNa/Feが増加するという傾向は実際のものであり、系統的誤差を補正しても持続するのか？

主な発見

• 冷却金属豊富なK矮星は、合成スペクトル解析と適切な励起・イオン化平衡補正を施せば、異常な組成を示さない。過去の異常は分析手法の欠陥に起因していた。
• Fe I線の励起平衡から導かれた効果的温度は、写真測光校正からの補正を要した。これは、b−y > 0.51 を満たす星においてOlsen (1984) の校正に系統的誤差が存在することを示唆している。
• [Si/Fe]、[Ca/Fe]、[Ti/Fe]、[Cr/Fe] は、[Fe/H] が0.35 dexまで線形に増加し、金属豊富星における一貫したα元素の傾向を示している。
• [Na/Fe] は金属量に伴い強く系統的増加を示し、以前の傾向を確認するとともに、金属量の指標としての使用を支持する。
• [Co/Fe] および [V/Fe] は [Fe/H] に伴い弱い増加傾向を示すが、[Ni/Fe] は最も金属豊富な星でやや上昇傾向を示す可能性がある。
• サンプル内で最も金属豊富な2つの星（HD 32147およびHD 69830）は、ほぼ同一の組成パターンを示しており、導かれた傾向に対する信頼性を強化している。