[論文レビュー] Line formation in solar granulation: V. Missing UV-opacity and the photospheric Be abundance

M. Asplund|ArXiv.org|Dec 11, 2003

Astro and Planetary Science参考文献 27被引用数 29

ひとこと要約

本研究では、3次元流体力学的太陽大気モデルを用いて太陽のベリリウム含有量を再評価し、313 nmにおけるBe II線強度の観測値と予測値の乖離を、未考慮のFe i結合自由遷移に起因する紫外線領域の欠落した吸収率が説明できることを確認した。解析により、太陽光球層におけるベリリウム含有量は隕石値と極めて良好に一致し、太陽光の軽元素含有量に関する長年の不一致が解消された。

ABSTRACT

The possibility of unaccounted for opacity sources in the UV for late-type stars has often been invoked to explain discrepancies between predicted and observed flux distributions and spectral line strengths. Such missing UV-opacity could among other things have a significant impact on abundance determination for elements whose only relevant spectral features are accessible in this wavelength region, such as Be. Here, the study by Balachandran & Bell (1998) is re-visited in the light of a realistic 3D hydrodynamical solar model atmosphere and the recently significantly downward revised solar O abundance obtained with the same model atmosphere. The amount of missing UV-opacity, if any, is quantified by enforcing that the OH A-X electronic lines around 313 nm produce the same O abundance as the other available diagnostics: OH vibration-rotation and pure rotation lines in the IR, the forbidden [OI] 630.0 and 636.3 nm lines and high-excitation, permitted OI lines. This additional opacity is then applied for the synthesis of the BeII line at 313.0nm to derive a solar photospheric Be abundance in excellent agreement with the meteoritic value, thus re-enforcing the conclusions of Balachandran & Bell. The about 50% extra opacity over accounted for opacity sources can be well explained by recent calculations by the Iron Project for photo-ionization of FeI.

研究の動機と目的

• 古い1次元モデルではなく、最新の3次元流体力学的太陽大気モデルを用いて、太陽光球層におけるベリリウム含有量を再評価すること。
• 異なるOH線から導かれる酸素含有量を一致させるために、313 nm領域に必要な欠落した紫外線吸収率を定量化すること。
• 前述の研究が示唆したように、未考慮のFe i結合自由遷移が欠落吸収率を説明できるかどうかを検証すること。
• 非局所熱的平衡（non-LTE）効果、微乱乱速度、分子化学的要因の不確実性に対するベリリウム含有量の決定の頑健性を評価すること。
• 太陽光球層におけるベリリウム含有量が、長年の不一致を解消する形で隕石値と整合的であるかどうかを確認すること。

提案手法

• 3次元流体力学的太陽大気モデル（Asplund et al. 2000a）を用い、実際の粒状構造と温度不均一性を再現した。
• 放射線輸送計算を用いて、313 nmにおけるOH A-X遷移とBe II線を含むスペクトル線を合成した。
• UV領域のOH A-X線と、赤外領域のOH線、禁制[O i]線、高励起状態のO i線から導かれる酸素含有量の整合性を保つことで、欠落吸収率を定量化した。
• 得られた欠落吸収率（既知の源からの約50％）を、Be II 313.0 nm線の合成に適用し、Be含有量を導出した。
• Be II線形成における非局所熱的平衡（non-LTE）効果の影響を評価したが、補正量はわずか（Δlog εBe < 0.02 dex）であり、無視できる程度であった。
• OH形成におけるLTEおよび平衡化学的仮定の妥当性を検討した結果、関連する大気層においてこれら仮定が正当化されることを結論づけた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3次元太陽モデルにおいて、異なるOH線系から導かれる酸素含有量を一致させるために、313 nm領域にどの程度の欠落紫外線吸収率が必要か？
• RQ2 実際の3次元大気を組み込むことで、Balachandran & Bell (1998) が示したBe II線強度を説明するための追加吸収率の必要性に関する結論が変化するか？
• RQ3 Iron Projectの計算が示唆するように、欠落吸収率は未考慮のFe i結合自由遷移によって説明できるか？
• RQ4 Be II線形成における非局所熱的平衡（non-LTE）効果は、導かれる太陽ベリリウム含有量にどの程度の感度を示すか？
• RQ5 改善された大気モデルと更新された酸素含有量のもとで、光球層と隕石中のベリリウム含有量の整合性は頑健か？

主な発見

• 313 nm領域における必要な欠落紫外線吸収率は約50％であり、Balachandran & Bell (1998) の1次元モデル研究で推定された60％よりわずかに低い値であった。
• 欠落吸収率を補正した結果、太陽光球層におけるベリリウム含有量は、log εBe = 1.41 の隕石値と極めて良好に一致した。
• 欠落吸収率は、最近のIron Projectの計算と整合する未考慮のFe i結合自由遷移によってうまく説明できる。
• Be II線形成における非局所熱的平衡（non-LTE）効果は無視できるほど小さく、補正量は0.02 dex未満であった。これにより、LTEを用いた含有量決定の頑健性が確認された。
• 3次元モデルにおける複数の診断（OH A-X、赤外OH、[O i]、高励起O i）から導かれる酸素含有量の整合性が、吸収率補正の信頼性を裏付けた。
• 本研究では、リチウムが太陽光球層で約140倍の割合で減少していることが確認されたが、ベリリウムとホウ素は原始太陽値と比較して顕著な減少を示さなかった。