[論文レビュー] Lithium abundances for 185 main-sequence stars - Galactic evolution and stellar depletion of lithium

Y.Q. Chen, P. E. Nissen+2 more|ArXiv.org|Apr 3, 2001

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 17被引用数 92

ひとこと要約

本研究では、185個の主系列星に対する高精度なリチウム分光学を提示しており、2つの明確な消失機構を明らかにした。1つは特定の質量で金属量に依存する鋭いLi低下（Li-dip）であり、もう1つは対流圏内の質量依存的消失である。主な発見は、リチウムの消失が星の進化の初期段階で発生し、回転や角運動量損失といった質量および金属量以外の要因も消失に影響していることである。一方、銀河進化において[Fe/H] ≈ -0.4で急激にリチウムが増加する原因として、新星が支配的であると考えられる。

ABSTRACT

We present a survey of lithium abundances in 185 main- sequence field stars with Teff between 5600 and 6600 K and [Fe/H] from -1.4 to +0.2 based on high-resolution spectra of 130 stars and a reanalysis of data from Lambert et al. (1991). The survey takes advantage of improved ways of determining effective temperature, metallicity, mass and age, offering an opportunity to investigate the behaviour of Li as a function of these parameters. An interesting result is the presence of a large gap in the Li-Teff plane, which distinguishes `Hyades-like, Li-dip' stars from other stars. These Li-dip stars have a well-defined mass, which decreases with metallicity. Stars above the gap, when divided into four metallicity groups, may show a correlation between Li abundance and stellar mass, but with a large dispersion that cannot be explained by observational errors or differences in metallicity and age, which ranges from 1.5 to 15 Gyr. This suggests that Li depletion occurs early in stellar life and that other parameters, e.g. initial rotation velocity and/or the rate of angular momentum loss, affect the degree of depletion. A comparison of the distribution of stars in the Li-[Fe/H] plane with evolutionary models of Romano et al. (1999) suggests that novae are a major source for the Li production in the Galactic disk.

研究の動機と目的

• 有効温度、金属量、質量、年齢の関数として主系列星におけるリチウム分光学の挙動を調査すること。
• リチウムの消失が主に星の質量および金属量によって駆動されるのか、初期回転速度や角運動量損失といった追加パラメータの影響を受けるのかを特定すること。
• Li–[Fe/H]分布の上側エッジが銀河的リチウム進化を反映しているかどうかを評価し、特に新星などの星的源がリチウム生成に寄与する役割を特定すること。
• Li-dip星の正確な質量–金属量関係を確立することで、星の混合理論を制約すること。
• 固定金属量におけるリチウム分光学の観測分散を説明するために、宇宙的散乱の可能性を評価すること。

提案手法

• 興隆およびラ・シラ天文台で取得した130個の星の高分解能スペクトルにおけるLi i λ6708線の等価幅を測定した。
• Lambertら（1991）の文献データを再分析し、分光学の決定に一貫性をもたせた。
• ヒッパルコスの絶対等級を用いて星の質量および年齢を導出し、パラメータの精度を向上させた。
• 改良された光電測定および分光測定技術を用いて、有効温度および金属量をキャリブレーションした。
• log ε(Li)–Teff平面上での位置に基づき、星をLi-dip群および非Li-dip群に分類した。
• Li-dip星の質量–金属量関係をフィットし、Li–質量関係の残差を分析することで、年齢およびその他のパラメータ依存性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Li-dip星を除く主系列星において、リチウム分光学と星の質量の関係は何か？
• RQ2 Li-dip星の質量は金属量にどのように依存するのか？ これは星の混合理論に何を示唆するか？
• RQ3 固定金属量におけるリチウム分光学に大きな分散が生じる理由は何か？ また、質量および金属量以外の要因は何か？
• RQ4 Li–[Fe/H]分布の上側エッジは銀河的リチウム進化を代表しているのか？ どの星的源がリチウム生成を支配しているのか？
• RQ5 観測されたリチウム分光学の分散は、星の年齢、回転、または磁場と相関しているか？

主な発見

• log ε(Li)–Teff平面上で、Li-dip星と高Li星の間には、少なくとも1 dexの明確なギャップが存在する。
• Li-dip星の質量は、太陽系金属量で約1.4 M☉から、[Fe/H] ≈ -1.0で約1.1 M☉に低下し、明確な質量–金属量関係に従う。
• Li–質量関係の周囲の分散は、[Fe/H] ≈ -0.4未満で0.2 dex、以上で0.3 dexであり、観測誤差を上回り、年齢とは相関しない。
• Li–質量関係からの残差には、星の年齢（1.5–15 Gyr）との相関が認められず、リチウムの大部分の消失が星の生涯の初期段階に発生していることを示唆する。
• [Fe/H] ≈ -0.4におけるリチウム分光学の急激な増加は、Romanoら（1999）のモデルによれば、新星が銀河的ディスクにおけるリチウム生成の主因であると最もよく説明される。
• 固定金属量における宇宙的散乱（ISM内リチウム分光学の散乱）が、観測された分散に寄与する可能性があるが、運動学的相関は認められなかった。