[論文レビュー] Extreme helium stars: non-LTE matters Helium and hydrogen spectra of the unique objects V652 Her and HD144941

N. Przybilla, K. Butler+2 more|CERN Bulletin|Oct 3, 2005

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 11被引用数 23

ひとこと要約

この論文は、極端ヘリウム星の正確な分光的分析において、非局所熱力学的平衡（non-LTE）効果が極めて重要であることを示している。ヘリウムおよび水素の高度な非-LTEモデル原子を用いたハイブリッドLTE/非-LTEアプローチにより、長年のスペクトル線フィッティングおよび効果的温度の決定における矛盾が解消され、水素の元素存在比は従来のLTE推定値と比較して最大2倍低くなる。特にHe I λ10830 Å線は、非-LTE状態では古くからのモデルと比較して最大3倍弱くなる。

ABSTRACT

Quantitative analyses of low-mass hydrogen-deficient (super-)giant stars - so-called extreme helium stars - to date face two major difficulties. First, theory fails to reproduce the observed helium lines in their entirety, wings and line cores. Second, a general mismatch exists for effective temperatures derived from ionization equilibria and from spectral energy distributions. Here, we demonstrate how the issue can be resolved using state-of-the-art non-LTE line-formation for these chemically peculiar objects. Two unique high-gravity B-type objects are discussed in detail, the pulsating variable V652 Her and the metal-poor star HD144941. In the first case atmospheric parameters from published LTE analyses are largely recovered, in the other a systematic offset is found. Hydrogen abundances are systematically smaller than previously reported, by up to a factor ~2. Extreme helium stars turn out to be important testbeds for non-LTE model atoms for helium. Improved non-LTE computations show that analyses assuming LTE or based on older non-LTE model atoms can predict equivalent widths, for the HeI 10830A transition in particular, in error by up to a factor ~3.

研究の動機と目的

• 極端ヘリウム星（EHes）におけるスペクトル線フィッティングおよび効果的温度の決定に長年の矛盾を解消すること。
• EHesにおける分光的および分光電磁波測光的効果的温度の不一致を解消すること。
• ヘリウムのLTEおよび古くからの非-LTEモデル原子が、ヘリウムに富み水素が欠乏した星の大気において信頼できるかを検証すること。
• 特にB型星の化学的特異星における元素存在比、特に水素の正確な決定を向上させること。
• 非-LTEを極端ヘリウム星の定量的分光法の必須枠組みとして確立し、原子物理学のテストベッドとしての役割を果たすこと。

提案手法

• LTE、線吸収補正付きモデル大気をAtlas12で計算し、その後非-LTEスペクトル合成を実施するハイブリッドアプローチを採用した。
• 水素（PB04）およびヘリウム（P05）の最新非-LTEモデル原子を用い、第一原理の電子衝突励起データを組み込んだ。
• 特に2s 3S準位を含むHe I準位の改訂された光電離断面積を適用し、エネルギー分布のフィットを向上させた。
• 詳細な放射線輸送および統計的平衡方程式をDetailおよびSurfaceコードを用いて連立して解き、正確な線形成を実現した。
• Barnardらの理論およびDimitrijević＆Sahal-Bréchotの更新済みデータを用いて、現実的な線幅拡張を組み込んだ。
• UV、可視光、近赤外域の観測スペクトル、およびIUEおよびJバンドの光度測定とモデル予測を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜLTEおよび古くからの非-LTEモデルは、極端ヘリウム星における観測されたヘリウムおよび水素線のプロファイルを再現できないのか？
• RQ2 非-LTE効果が、特にHe I λ10830 Å線の等価幅にどの程度の影響を及ぼすのか？
• RQ3 非-LTE補正は、EHesにおける推定効果的温度および水素存在比にどのように影響を与えるのか？
• RQ4 非-LTEモデリングにより、極端ヘリウム星における分光的および分光電磁波測光的温度の決定が一致するのか？
• RQ5 V652 HerおよびHD 144941の大気条件は、ヘリウム線における非-LTE効果の強度にどのように影響を与えるのか？

主な発見

• 非-LTE効果により、He I λ10830 Å線は著しく弱まり、古くからの非-LTEモデル原子と比較して等価幅が最大3倍まで低下する。
• 非-LTE解析から得られた水素存在比は、従来のLTE推定値と比較して一貫して低く、最大2倍まで低下する。
• 新しい非-LTEモデル原子（P05）は、V652 HerおよびHD 144941の両方において、線の全体像（翼部および核部）を正確に再現できた。
• V652 Herでは、分光電磁波測光エネルギー分布がIUE、可視光および近赤外線の測定値とよく一致し、HD 144941では消光を考慮すれば妥当な一致を示した。
• パッチャインおよびブラケット水素系列はバルマー系列と比較して詳細平衡に近く、バルマー系列に強い非-LTE効果が見られる。
• V652 HerにおけるHe I λ2059 μm遷移は、発光状態にあり、等価幅は約-200 mÅと予測され、近赤外域における強い非-LTE効果を示している。