[論文レビュー] Chemical composition of evolved stars in the open cluster M 67

G. Tautvaišienė, B. Edvardsson+2 more|arXiv (Cornell University)|May 31, 2000

Astro and Planetary Science被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、オープン集団M 67に属する9個の進化した星について、高分解能分光解析を実施し、25元素の元素分画を測定して、白色矮星以降の混合過程を調査した。表面における炭素の著しい減少（約0.2 dex）、窒素の増加（約0.2 dex）、および12C/13C比の低下（巨星では16±4）が観測され、ヘリウム核の発火以降に追加の混合が生じていることが示唆された。一方、重元素の分画は太陽に類似していた。

ABSTRACT

High-resolution spectra of six core helium-burning `clump' stars and three giants in the open cluster M 67 have been obtained with the SOFIN spectrograph on the Nordic Optical Telescope to investigate abundances of up to 25 chemical elements. Abundances of carbon were studied using the C2 Swan (0,1) band head at 5635.5 A. The wavelength interval 7980-8130 A with strong CN features was analysed in order to determine nitrogen abundances and 12C/13C isotope ratios. The oxygen abundances were determined from the [O I] line at 6300 A. The overall metallicity of the cluster stars was found to be close to solar ([Fe/H]=-0.03+-0.03). Compared with the Sun and other dwarf stars of the Galactic disk, as well as with dwarf stars of M 67 itself, abundances in the investigated stars suggest that carbon is depleted by about 0.2 dex, nitrogen is enhanced by about 0.2 dex and oxygen is unaltered. Among other mixing- sensitive chemical elements an overabundance of sodium may be suspected. The mean C/N and 12C/13C ratios are lowered to the values of 1.7+-0.2 and 24+-4 in the giants and to the values of 1.4+-0.2 and 16+-4 in the clump stars. These results suggest that extra mixing of CN-cycled material to the stellar surface takes place after the He-core flash. Abundances of heavy chemical elements in all nine stars were found to be almost identical and close to solar.

研究の動機と目的

• オープン集団M 67の進化星における25元素の精密な表面分画を決定すること。
• ヘリウム核発火後の星の表面組成に及ぼす内部混合過程の影響を調査すること。
• ヘリウム核発火および非標準的混合が、巨星およびクリンプ星における炭素、窒素、酸素分画に与える影響を評価すること。
• 特に酸素および鉄族元素に関して、過去の分画測定値の不一致を解消すること。
• 観測された分画傾向と、追加混合の理論的予測を比較することで、星の進化モデルを検証すること。

提案手法

• 高分解能スペクトル（R ≈ 30,000–60,000）は、北欧望遠鏡に搭載されたSOFINエッケラ分光計を用いて取得された。
• スペクトルの減算処理には3Aソフトウェアパッケージを用い、バイアス補正、フラットフィールド補正、散乱光補正、オーダー抽出を実施した。
• 波長校正にはテルルルム・アルゴン比較スペクトルを用いた。
• 分画は、原子線の等価幅測定および分子バンド（C2スワン帯：5635.5 Å、CN特徴：7980–8130 Å、[O I]：6300 Å）から導出された。
• 12C/13C同位体比は、CNおよびC2バンドヘッド強度から決定された。
• 分画解析では局所熱的平衡（LTE）を仮定し、星のパラメータに整合したモデル大気を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M 67の進化星における炭素および窒素分画は、太陽および未進化の集団メンバーと比較してどの程度変化しているか？
• RQ2 M 67のクリンプ星および巨星における表面12C/13C比は何か？ これはヘリウム核発火後の追加混合を示唆するか？
• RQ3 酸素およびその他のα族および鉄族元素は、これらの進化星において太陽分画と比較してどうなっているか？
• RQ4 ナトリウムおよびアルミニウム分画に顕著な変動は認められ、これは核合成過程に何を示唆するか？
• RQ5 観測された分画パターンは、低質量星における白色矮星以降の混合の理論的モデルを支持するか、反証するか？

主な発見

• M 67の全般的な金属量は太陽に近く、[Fe/H] = –0.03 ± 0.03 dexである。
• 炭素は約0.2 dex低下しており、窒素は約0.2 dex増加している。酸素分画は太陽および銀河ディスクの矮星と同一である。
• 巨星では平均して12C/13C比が24 ± 4、クリンプ星では16 ± 4であった。これは混合に起因する顕著な同位体分離を示唆している。
• C/N比は巨星で1.7 ± 0.2、クリンプ星で1.4 ± 0.2に低下しており、CNサイクル処理および追加混合と整合的である。
• ナトリウムは過剰に蓄積されているが、アルミニウムおよび酸素にはそれに対応する反相関は認められず、これはNeNaサイクルによるNa生成が、MgAlサイクルの完全な進行を伴わないことを示唆している。
• バリウム、ランタノイド、ケイ素、マグネシウムなどの重元素分画は、全9星においてほぼ同一であり、太陽値と整合的であった。これは、C、N、O、Naを除く、顕著な核合成異常は認められないことを示している。