[論文レビュー] Isotopic lithium abundances in five metal-poor disk stars

P. E. Nissen, David L. Lambert+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 18, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、5つの金属不足銀河ディスク星の高分解能分光スペクトルを分析し、モデル大気合成を用いてリチウム同位体比（⁶Li/⁷Li）を測定した。2つの星（HD68284およびHD130551）で⁶Liが検出され、⁶Li/⁷Li比は0.05であった。残りの3つの星では顕著な⁶Liは検出されず、⁶Li/⁷Li比は0に近い値を示した。⁶Liを含む星は他の星（0.85–1.0 M☉）と比較して質量がやや大きく（1.05 M☉）、これは標準的な宇宙線生成モデルと一致し、中程度の⁶Liの減少を示唆している。

ABSTRACT

High resolution (R=110000), very high S/N spectra, centered on the 6707.8A LiI line have been obtained with the ESO Coude Echelle Spectrometer for five, metal-poor (-0.8 < [Fe/H] < -0.6) disk stars in the turnoff region of the HR-diagram. The instrumental and stellar atmospheric line broadening have been determined from two unblended iron lines and used in a model atmosphere synthesis of the profile of the LiI line as a function of the lithium isotope ratio. This has led to a detection of 6Li in HD68284 and HD130551 with 6Li/7Li = 0.05, whereas the other stars, HR2883, HR3578 and HR8181, have 6Li/7Li close to zero. By comparing Teff-values and absolute magnitudes based on Hipparcos parallaxes with recent stellar evolutionary tracks, the masses of the stars have been derived. It is shown that the two stars with 6Li present have a significantly higher mass, M = 1.05 M(sun), than the other three stars for which values between 0.85 and 1.0 M(sun) are obtained. The results are discussed in terms of models for the galactic evolution of the light elements and depletion of the lithium isotopes in stellar envelopes. It is shown that the measured 6Li abundances are in agreement with standard cosmic ray production of 6Li in the galactic disk and a moderate depletion (0.5 dex) in the stars. Recent models for the evolution of 6Li including alpha + alpha fusion reactions and predicting a high lithium isotopic ratio, 6Li/7Li = 0.3 at [Fe/H] = -0.6, require a high degree of 6Li depletion (1.0 dex) to fit the observations. Furthermore, these models imply a 7Li abundance about 0.2 dex higher than observed for metal-poor disk stars.

研究の動機と目的

• 金属不足銀河ディスク星（[Fe/H]：-0.8～-0.6）における同位体リチウム分画比（⁶Li/⁷Li）を決定すること。
• 星の質量および進化段階がリチウム同位体の減少に与える影響を調査すること。
• 宇宙線による⁶Li生成の理論的モデルと観測データを照合して検証すること。
• 観測された⁶Liおよび⁷Li分画比が銀河進化モデルの予測と整合的であるかを評価すること。

提案手法

• ESO Coude Echelle分光計を用いて、6707.8 Å付近のLiI線を対象とした高分解能（R = 110,000）かつ高信号対雑音比（S/N）の分光スペクトルを取得した。
• LiI線のプロファイルをモデル化するため、2つのブレンドのないFe I線から、機器的および星の大気による線幅拡大を測定した。
• モデル大気合成を用いて、⁶Li/⁷Li比の関数としてLiI線プロファイルを解析し、同位体分画比を導出した。
• ヒッパルコスのパラレル測定値と比較して、星の有効温度および絶対等級を導出し、進化曲線と照合して星の質量を推定した。
• 観測された⁶Li/⁷Li比を、宇宙線スパラレーションによる⁶Li生成および⁴He + ⁴He核反応の理論的モデルと比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 金属不足銀河ディスク星（[Fe/H] ≈ -0.6）における⁶Li/⁷Li比は何か？
• RQ2 進化曲線から導かれた星の質量は、⁶Liの存在とどのように相関するか？
• RQ3 観測された⁶Li分画比は、標準的な宇宙線生成モデルの予測と一致するか？
• RQ4 高比の⁶Li/⁷Li比を予測するモデル（例：⁴He + ⁴He融合）は、観測結果と整合することができるか？

主な発見

• ⁶Liは2つの星（HD68284およびHD130551）で検出され、⁶Li/⁷Li比は0.05であった。
• 残りの3つの星（HR2883、HR3578、HR8181）では顕著な⁶Liは検出されず、⁶Li/⁷Li比は0に近い値であった。
• ⁶Liを含む2つの星の質量は1.05 M☉であり、他の3つの星（0.85–1.0 M☉）と比較してやや高い。
• 観測された⁶Li分画比は、標準的な宇宙線による⁶Li生成と中程度の減少（0.5 dex）と整合的であった。
• 高比の⁶Li/⁷Li比を予測するモデル（例：[Fe/H] = -0.6で0.3）は、観測と一致させるために強い⁶Li減少（1.0 dex）を要する。
• これらの高⁶Liモデルは、金属不足銀河ディスク星における観測値と比較して、⁷Liを約0.2 dex過剰に予測している。