[論文レビュー] Line formation in solar granulation: III. The photospheric Si and meteoritic Fe abundances

M. Asplund|ArXiv.org|May 15, 2000

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 1被引用数 26

ひとこと要約

本研究では、太陽の光球におけるケイ素の含有量を、太陽の粒状対流を再現する3次元流体力学的シミュレーションを用いて再評価した。その結果、log ε(Si) = 7.51 ± 0.04が得られ、従来の1次元モデルに比べて0.04 dex低く修正された。この修正は、隕石中の含有量に対しても同様に0.04 dexの下方補正を必要とし、修正された隕石鉄含有量として log ε(Fe) = 7.46 ± 0.01 が得られた。これは最近の3次元光球鉄含有量測定値と極めて良好に一致する。

ABSTRACT

Using realistic hydrodynamical simulations of the solar surface convection as 3D, time-dependent, inhomogeneous model atmospheres, the solar photospheric Si abundance has been determined to be log Si = 7.51 +- 0.04. This constitutes a difference of 0.04 dex compared with previous estimates based on the 1D Holweger-Müller (1974) model, of which half is attributable to the adopted model atmosphere and the remaining part to the improved quantum mechanical broadening treatment. As a consequence, all meteoritic abundances should be adjusted downwards by the same amount. In particular the meteoritic Fe abundance will be log Fe = 7.46 +- 0.01, in good agreement with the recently determined photospheric Fe abundance (Asplund et al. 2000b). The existing uncertainties unfortunately prevent an observational confirmation of the postulated effects of elemental migration of metals in the Sun.

研究の動機と目的

• 最新の3次元流体力学的モデル大気を用いて、古くなった1次元モデルに代えて太陽光球ケイ素含有量を再決定すること。
• ケイ素を基準としてより正確な基準スケールを確立することで、隕石含有量と光球含有量の不一致を解消すること。
• 改善されたモデル大気および量子力学的線幅拡大効果が、元素含有量の決定に与える影響を評価すること。
• 観測的証拠が、太陽における元素拡散や重力沈降などの物理的過程に起因すると思われる含有量の差を確認できるかを評価すること。

提案手法

• 太陽表面対流を50分間の太陽時間にわたってシミュレートした3次元流体力学的シミュレーションをモデル大気として採用した。
• 原子データを用いて19本のSi iおよび2本のSi ii線の3次元スペクトル線形成計算を実施し、正確な遷移確率および量子力学的処理による衝突幅拡大を含めた。
• 観測された線幅プロファイルに一致させるためにχ²解析を適用し、微乱拡散やマクロ乱流を仮定せずに含有量を導出した。
• ケイ素含有量を基準として、特に鉄の隕石含有量を再キャリブレーションした。
• 修正された隕石鉄含有量を最近の3次元光球鉄含有量と比較し、一貫性を評価した。
• 非局所的熱平衡（NLTE）効果が鉄含有量に与える影響を評価し、この文脈ではNLTE効果はおそらく無視できると結論づけた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1次元モデルではなく、現実的な3次元流体力学的モデル大気を用いた場合、真の光球ケイ素含有量は何か？
• RQ2 3次元モデルおよび改善された量子力学的幅拡大処理を用いることで、従来の1次元推定値と比較してケイ素含有量はどのように変化するか？
• RQ3 新しいケイ素含有量を基準として使用する場合、特に鉄の隕石含有量に必要な修正は何か？
• RQ4 観測的証拠は、太陽における元素拡散や重力沈下の効果を裏付けることができるか？
• RQ5 修正された隕石鉄含有量と3次元光球鉄含有量はどれほど一貫しており、非局所的熱平衡（NLTE）効果にどのような含意があるか？

主な発見

• 太陽光球ケイ素含有量は、log ε(Si) = 7.51 ± 0.04 と決定され、従来の1次元モデル推定値に比べて0.04 dex低く修正された。
• この0.04 dexの差の半分は改善された3次元モデル大気によるもので、残りの半分は量子力学的幅拡大処理の向上によるものである。
• 修正された隕石鉄含有量は log ε(Fe) = 7.46 ± 0.01 であり、最近の3次元光球鉄含有量と極めて良好に一致する。
• 修正された隕石鉄含有量と3次元光球鉄含有量の一致は、この文脈における鉄の非局所的熱平衡（NLTE）効果がおそらく無視できる可能性を示唆している。
• 隕石鉄と光球鉄含有量の間のわずかな残差差（0.02 dex）は、拡散による予想される0.04 dex未満であり、現在の不確実性では元素移動の明確な確認は不可能である。
• 励起準位や線強度に依存しないケイ素含有量の傾向が観測されたことから、3次元モデルでは微乱拡散が不要であるという結論が裏付けられた。これは、動的運動が本質的にモデルに組み込まれているためである。