[論文レビュー] Galactic Evolution of Oxygen: OH lines in 3D hydrodynamical model atmospheres

J. I. Gónzalez Hernández, P. Bonifacio+4 more|arXiv (Cornell University)|May 20, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 24被引用数 22

ひとこと要約

本論文では、金属不足の矮星における近紫外OHおよびFe i線の3D-LTE線形成補正を計算する目的で、52個の3次元流体力学的モデル大気のグリッドを提示する。3D補正は一般的に負であり、顕著である—最大で-1デシケルビンに達する—特に高温・高重力・低金属量の星において顕著であり、[O/Fe]の再評価された傾向は依然として金属量が低い方向に増加するが、1D-LTE結果と比較して勾配が小さくなっている。

ABSTRACT

The measurement of oxygen lines in metal-poor unevolved stars, in particular near-UV OH lines, can provide invaluable information on the properties of the Early Galaxy. Near-UV OH lines constitute an important tool to derive oxygen abundances in metal-poor dwarf stars. Therefore, it is important to correctly model the line formation of OH lines, especially in metal-poor stars, where 3D hydrodynamical models commonly predict cooler temperatures than plane-parallel hydrostatic models in the upper photosphere. We have made use of a grid of 52 3D hydrodynamical model atmospheres for dwarf stars computed using the code CO5BOLD, extracted from the more extended CIFIST grid. The 52 models cover the effective temperature range 5000-6500K, the surface gravity range 3.5-4.5 and the metallicity range -3

研究の動機と目的

• 線形成における3次元的大気効果を考慮することで、金属不足のハロー矮星における酸素線量決定を改善すること。
• 特に近紫外OH線と禁制O i線の間で生じる[O/Fe]傾向の不一致を解消すること。
• 3次元モデルが1次元モデルよりも上部光球層温度を低く予測する金属不足星において、OHおよびFe i線の3D-LTE線量補正を定量化すること。
• 3次元補正が銀河の[O/Fe]進化傾向、特に第2星族星の文脈において、どのような影響を及えるかを評価すること。
• 広範な星のパラメータをカバーするOHおよびFe i線の3D-LTE補正グリッドを提供することで、将来的な3D-NLTE研究の基盤を築くこと。

提案手法

• CO5BOLDコードを用いて計算された52個の3次元流体力学的モデル大気のグリッドを用い、T_eff 5000–6500 K、log g 3.5–4.5、[Fe/H] -3～0の範囲をカバーする。
• 3次元モデル大気を用いて、さまざまな電離ポテンシャルを持つOH線およびFe i線の3D-LTE線量補正を計算した。
• イスラエルヤンら（1998, 2001）、ボエスガードら（1999）、ゴンザレス・エルナンデスら（2008）が観測した金属不足矮星の星のパラメータ（T_eff, log g, [Fe/H]）に一致するよう、3D-LTE補正を補間した。
• 3D Fe i線量に1D-NLTE補正を適用することで、3DおよびNLTE効果の併合効果が[O/Fe]比に与える影響を評価した。
• 補間された補正を用いて、再評価された3D-NLTE [O/Fe]比を導出し、1D-LTE傾向と比較した。
• 有効温度、表面重力、金属量といった星のパラメータへの補正の感受性を評価し、標準偏差の平方和の合成により不確実性を考慮した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3次元流体力学的モデル大気は、金属不足の矮星における近紫外OHおよびFe i線の3D-LTE線量補正にどのように影響を与えるか？
• RQ2 OH線の3D-LTE補正の大きさと傾向は、星のパラメータ（T_eff, log g, [Fe/H]）の変化に応じてどのように変化するか？
• RQ3 3D補正は、1D-LTEの場合と比較して、金属不足のハロー星における[O/Fe]比の傾向をどのように変えるか？
• RQ4 3D効果は、巨星におけるOH線と禁制O i線から導かれる[O/Fe]比の整合性にどの程度影響を及えるか？
• RQ5 3D-LTE補正は、特に第2星族星の文脈において、銀河の酸素化学的進化にどのような意味を持つのか？

主な発見

• OH線の3D-LTE線量補正は一般的に負であり、特に低い電離ポテンシャルを持つ線および高温・高重力のモデルで最大で-1デシケルビンに達する。
• 最大の3D-LTE補正は金属不足星（[Fe/H] ≤ -2）で発生し、3次元モデルが1次元モデルよりも顕著に上部光球層温度を低く予測する。
• 再評価された3D-NLTE [O/Fe]比は依然として金属量が低い方向に増加する傾向を示すが、1D-LTE結果と比較して絶対値の勾配が小さくなっている。
• 3D-NLTE [O/Fe]比と[Fe/H]の関係における散らばりは、1D-LTEよりも大きい。これは、補正が金属量だけでなく個々の星のパラメータ（T_eff, log g, [Fe/H]）に依存するためである。
• 金属不足巨星における近紫外OH線から導かれる[O/Fe]傾向は、禁制O i線からの傾向と整合的であり、3次元効果が無視できると予想される。
• 本研究は、現在の[O/Fe]傾向の妥当性を確認するため、OHおよびFe i線の両方について将来の完全な3D-NLTE計算が必要であることを強調している。なぜなら、現在の補正はFe i線に対して1D-NLTE、OH線に対して3D-LTEを仮定しているためである。