[論文レビュー] Lithium abundance and 6Li/7Li ratio in the active giant HD123351 I. A comparative analysis of 3D and 1D NLTE line-profile fits

A. Mott, M. Steffen+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 51被引用数 17

ひとこと要約

本研究は、高分解能CFHT分光計測を用いて、磁気的に活発な赤色超巨星HD 123351におけるリチウム共鳴二重線の3次元非局所熱平衡（non-LTE）解析を実施した。$^{6}\mathrm{Li}/^{7}\mathrm{Li} = 8.0 \pm 4.4\%$ および $A(\mathrm{Li}) = 1.69 \pm 0.11$ デキシマルの2σ検出を報告しており、赤色巨星において壊れやすい $^{6}\mathrm{Li}$ 同位体が予期せず存在することから、標準的星間進化モデルに挑戦するものである。

ABSTRACT

Current three-dimensional (3D) hydrodynamical model atmospheres together with NLTE spectrum synthesis, permit to derive reliable atomic and isotopic chemical abundances from high-resolution stellar spectra. Not much is known about the presence of the fragile 6Li isotope in evolved solar-metallicity RGB stars, not to mention its production in magnetically active targets like HD123351. From fits of the observed CFHT spectrum with synthetic line profiles based on 1D and 3D model atmospheres, we seek to estimate the abundance of the 6Li isotope and to place constraints on its origin. We derive A(Li) and the 6Li/7Li isotopic ratio by fitting different synthetic spectra to the Li-line region of a high-resolution CFHT spectrum (R=120 000, S/R=400). The synthetic spectra are computed with four different line lists, using in parallel 3D hydrodynamical CO5BOLD and 1D LHD model atmospheres and treating the line formation of the lithium components in non-LTE (NLTE). We find A(Li)=1.69+/-0.11 dex and 6Li/7Li=8.0+/-4.4 % in 3D-NLTE, using the line list of Meléndez et al. (2012), updated with new atomic data for V I, which results in the best fit of the lithium line profile of HD123351. Two other line lists lead to similar results but with inferior fit qualities. Our 2-sigma detection of the 6Li isotope is the result of a careful statistical analysis and the visual inspection of each achieved fit. Since the presence of a significant amount of 6Li in the atmosphere of a cool evolved star is not expected in the framework of standard stellar evolution theory, non-standard, external lithium production mechanisms, possibly related to stellar activity or a recent accretion of rocky material, need to be invoked to explain the detection of 6Li in HD123351.

研究の動機と目的

• 高分解能分光計測を用いて、磁気的に活発な赤色超巨星HD 123351におけるリチウム含有量および $^{6}\mathrm{Li}/^{7}\mathrm{Li}$ 同位体比を特定すること。
• 非局所熱平衡（non-LTE）条件下での1次元および3次元モデル大気からの合成ラインプロファイルを比較することにより、$^{6}\mathrm{Li}$ 検出の信頼性を評価すること。
• 異なるラインリストおよび原子データが導かれる同位体比および含有量に与える影響を評価すること。
• 標準的星間進化理論と整合しない $^{6}\mathrm{Li}$ の観測原因を制約すること。
• 同位体比決定におけるブレンドラインおよびモデル仮定に起因する系統的不確実性を同定すること。

提案手法

• リチウムライン形成の非局所熱平衡（non-LTE）処理を施した3次元CO 5 BOLDおよび1次元LHDモデル大気を用いて、合成スペクトルを計算した。
• 高分解能CFHTスペクトル（$R = 120,000$、S/N ≈ 400）を、Lawlerら（2014）の更新済み原子データを含む複数のラインリストに適合させた。
• 異なる波長範囲および仮定を用いて繰り返し適合処理を行い、$A(\mathrm{Li})$ および $^{6}\mathrm{Li}/^{7}\mathrm{Li}$ における系統的不確実性を定量化した。
• Meléndez ら（2012）のラインリストは、V iの新しい $\log gf$ 値を更新することで、観測されたLiラインプロファイルに最もよく適合した。
• 統計的分析および適合プロファイルの視覚的検査を用いて、$^{6}\mathrm{Li}$ 検出が2σレベルで妥当であることを検証した。
• 代替のラインリストとの照合により、結果の頑健性を評価し、誤ったブレンドに起因する誤った負の $^{6}\mathrm{Li}/^{7}\mathrm{Li}$ 比（例：スパイアスな負の比）を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 進化した磁気的に活発な巨星HD 123351における真の $^{6}\mathrm{Li}/^{7}\mathrm{Li}$ 同位体比は何か？
• RQ2 3次元非局所熱平衡（non-LTE）モデル大気は、1次元局所熱平衡（LTE）モデルに比べて、リチウム同位体比決定の正確性をどの程度向上させるか？
• RQ3 ラインリストの組成および原子データの不確実性が、導かれる $^{6}\mathrm{Li}/^{7}\mathrm{Li}$ 比にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ4 観測された $^{6}\mathrm{Li}$ 含有量は、標準的星間進化によって説明可能か、それとも非標準的プロセスを要するか？
• RQ5 $^{6}\mathrm{Li}$ 検出は、活発で進化した星におけるリチウム生成メカニズムにどのような含意を持つのか？

主な発見

• 3次元-NLTEモデリングとMeléndez ら（2012）のラインリスト（V iの更新済み $\log gf$ 値を補正済み）を用いて、HD 123351における $^{6}\mathrm{Li}/^{7}\mathrm{Li}$ 同位体比は $8.0 \pm 4.4\%$ と測定された。
• リチウム含有量は $A(\mathrm{Li}) = 1.69 \pm 0.11$ デキシマルと決定され、$T_{\rm eff} = 4780$ K、$\log g = 3.20$、$[\mathrm{Fe}/\mathrm{H}] = 0.00$ の3次元モデル大気パラメータと整合的である。
• Meléndez ら（2012）のラインリストにV iの更新済みデータを適用した場合、観測されたLiラインプロファイルに最もよく適合したが、Reddy ら（2002）のリストでは誤ったブレンドに起因し、非物理的な負の $^{6}\mathrm{Li}/^{7}\mathrm{Li}$ 比が生じた。
• 2σレベルでの $^{6}\mathrm{Li}$ 検出は、複数の適合設定における視覚的検査および統計的分析により、頑健であることが裏付けられた。
• 観測された $^{6}\mathrm{Li}/^{7}\mathrm{Li}$ 比は、標準的星間進化理論と整合しない。これは、最初のドリーフアップ以降に $^{6}\mathrm{Li}$ がほぼ完全に破壊されることを予測する。
• 可能性として、最近の岩石惑星物質の降着（約50地球質量必要）やフレア誘発スパリエーションが挙げられるが、エネルギー出力が不十分なため、後者は不確かであると考えられる。