[論文レビュー] Cu I resonance lines in turn-off stars of NGC 6752 and NGC 6397. Effects of granulation from CO5BOLD models

P. Bonifacio, E. Caffau+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 45被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、銀河団NGC 6752およびNGC 6397の主系列星における、Cu I遷移多重項1（324.7 nmおよび327.3 nm）のリゾナンス線が銅の質量関数指標として信頼できるかを調査する。3D流体力学的CO5BOLDモデル大気を用いて、矮星ではこれらの線に対する大きな3D-LTE補正が得られた一方、巨星におけるCu II線の補正は小さいことが分かった。結果として、矮星と巨星で多重項1線を用いた銅の質量関数に顕著な差異が生じており、これが信頼できる指標でないことを示しており、非局所熱平衡（NLTE）効果が主要因である可能性が示唆される。したがって、不一致を解消するためには、完全な3D-NLTEモデル化が不可欠である。

ABSTRACT

Context. Copper is an element whose interesting evolution with metallicity is not fully understood. Observations of copper abundances rely on a very limited number of lines, the strongest are the Cu I lines of Mult. 1 at 324.7 nm and 327.3 nm which can be measured even at extremely low metallicities. Aims. We investigate the quality of these lines as abundance indicators. Method. We measure these lines in two turn-off (TO) stars in the Globular Cluster NGC 6752 and two TO stars in the Globular Cluster NGC 6397 and derive abundances with 3D hydrodynamical model atmospheres computed with the CO5BOLD code. These abundances are compared to the Cu abundances measured in giant stars of the same clusters, using the lines of Mult. 2 at 510.5 nm and 578.2 nm. Results. The abundances derived from the lines of Mult. 1 in TO stars differ from the abundances of giants of the same clusters. This is true both using CO5BOLD models and using traditional 1D model atmospheres. The LTE 3D corrections for TO stars are large, while they are small for giant stars. Conclusions. The Cu I resonance lines of Mult. 1 are not reliable abundance indicators. It is likely that departures from LTE should be taken into account to properly describe these lines, although it is not clear if these alone can account for the observations. An investigation of these departures is indeed encouraged for both dwarfs and giants. Our recommendation to those interested in the study of the evolution of copper abundances is to rely on the measurements in giants, based on the lines of Mult. 2. We caution, however, that NLTE studies may imply a revision in all the Cu abundances, both in dwarfs and giants.

研究の動機と目的

• 金属貧乏な主系列星における、Cu I遷移多重項1（324.7 nmおよび327.3 nm）のリゾナンス線が銅の質量関数指標として信頼できるかを評価すること。
• 同じ銀河団において、矮星で得られた多重項1（324.7 nmおよび327.3 nm）と巨星で得られた多重項2（510.5 nmおよび578.2 nm）の銅の質量関数に差異が生じる原因が、モデル化の制限にあるのか、物理的効果にあるのかを調査すること。
• 3D流体力学的モデル大気（CO5BOLD）とLTE対NLTE効果の両方が質量関数決定に与える影響を評価すること。
• 観測された矮星と巨星間の質量関数差異の原因が、大気パラメータの不確実性にあるのか、線形成の物理的性質にあるのかを特定すること。

提案手法

• NGC 6752およびNGC 6397の主系列星の3D流体力学的モデル大気を、CO5BOLDコードを用いて計算した。
• 4体の主系列星の高分解能UVESスペクトルから、Cu I線の多重項1（324.7 nmおよび327.3 nm）の等価幅を測定した。
• 1Dおよび3Dモデル大気を用いて、LTE条件下で銅の質量関数を導出した。
• 同じ銀河団の巨星における多重項2（510.5 nmおよび578.2 nm）の質量関数と、矮星における多重項1の質量関数を比較した。
• 矮星および巨星における両多重項の3D-LTE補正を計算し、分析した。
• 多重項1線の寄与関数を検討し、矮星におけるLTE近似の妥当性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 同じ銀河団の主系列星において、多重項1のCu I線が得る銅の質量関数は、同様の銀河団の巨星における多重項2線が得る質量関数と整合的か？
• RQ2 主系列星における多重項1のCu I線の3D-LTE補正はどの程度大きく、巨星におけるそれと比較してどう異なるか？
• RQ3 矮星と巨星の間で観測された質量関数差異は、大気パラメータの誤差に起因するのか、それとも本質的な線形成効果に起因するのか？
• RQ4 金属貧乏な矮星における多重項1線が質量関数指標として信頼できるかに影響を与える非局所熱平衡（NLTE）効果の程度はどの程度か？
• RQ5 微乱拡散速度や有効温度の調整によって、観測された質量関数差異を是正できるか？

主な発見

• NGC 6752およびNGC 6397の主系列星におけるCu I線の多重項1から得られた銅の質量関数は、同銀河団の巨星におけるCu II線から得られた質量関数と0.2～1.0 dexの差異を示した。
• 矮星における多重項1のCu I線には、大きな3D-LTE補正（最大約0.4 dex）が必要であり、これは顕著な非局所熱平衡効果を示している。
• 一方、巨星における多重項2のCu II線の3D-LTE補正は小さく、3D効果がこれらの星ではあまり影響しないことを示している。
• 矮星における多重項1線の寄与関数は、これらの線がLTE近似が崩壊する領域で形成されることを示しており、これによりLTE条件下での信頼性が失われる。
• 両多重項の測定が可能な唯一の星（Cl* NGC 6752 YGN 30）では、質量関数差異が0.5 dexに達し、1Dおよび3Dモデルの両方で同様に持続した。
• 2つの銀河団で矮星と巨星の差異の方向が逆転していることから、NLTE効果だけでは不一致を解消できないことが示され、完全な3D-NLTE処理が不可欠であることが示唆された。