[論文レビュー] Lithium and magnetic fields in giants. HD 232862 : a magnetic and lithium-rich giant star

A. Lèbre, A. Palacios+6 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 47被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、急速に回転するG8II型の巨星であるHD 232862で、強力な表面磁場と著しく高いリチウム含有量（A_Li = 2.45 ± 0.25 dex）の初回検出を報告する。ESPaDOnSおよびNARVALを用いた分光偏光観測により、時間的に変化する磁場が検出され、これはダイナモ起源である可能性を示唆する。一方、星の進化状態は、赤巨星分岐帯の基部近くに位置する低質量巨星である可能性が高く、これは最初の混合作用におけるリチウム希釈の標準的モデルに反する。磁気的抑制による混合の抑制、または未知のリチウム増加機構の可能性を示唆する。

ABSTRACT

We report the detection of an unusually high lithium content in HD 232862, a field giant classified as a G8II star, and hosting a magnetic field. With the spectropolarimeters ESPaDOnS at CFHT and NARVAL at TBL, we have collected high resolution and high signal-to-noise spectra of three giants : HD 232862, KU Peg and HD 21018. From spectral synthesis we have inferred stellar parameters and measured lithium abundances that we have compared to predictions from evolutionary models. We have also analysed Stokes V signatures, looking for a magnetic field on these giants. HD 232862, presents a very high abundance of lithium (ALi = 2.45 +/- 0.25 dex), far in excess of the theoretically value expected at this spectral type and for this luminosity class (i.e, G8II). The evolutionary stage of HD 232862 has been precised, and it suggests a mass in the lower part of the [1.0 Msun ; 3.5 Msun ] mass interval, likely 1.5 to 2.0 solar mass, at the bottom of the Red Giant Branch. Besides, a time variable Stokes V signature has been detected in the data of HD 232862 and KU Peg, pointing to the presence of a magnetic field at the surface of these two rapidly rotating active stars.

研究の動機と目的

• 標準的星の進化理論が最初の混合作用中にリチウムが枯渇すると予測する中で、フィールドにおける巨星の異常に高いリチウム含有量の起源を調査すること。
• リチウムを豊富に含む巨星が極めてまれであることを踏まえ、巨星における磁場が表面リチウムの保存または増加に寄与する可能性を検証すること。
• 高分解能分光偏光法を用いて、HD 232862およびKU Pegの磁場特性（強度、変動性、トポロジー）を特徴づけること。
• 星のパラメータとモデル比較を用いて、HD 232862の進化状態を精査し、ヘルツシュプラング＝ラッセル図における位置および赤巨星分岐帯上での位置を評価すること。
• HD 232862の高リチウム含有量が、磁場、回転、または他の内部過程と因果的または相関的関係にあるかどうかを、その特異な位置と質量から検証すること。

提案手法

• CFHTのESPaDOnSおよびTBLのNARVALを用いて、HD 232862、KU Peg、HD 21018に対して高分解能分光偏光観測を実施した。
• スペクトル合成を用いて星のパラメータ（T_eff、log g、[Fe/H]、v sin i）を導出し、Li I λ6708線からのリチウム含有量を測定した。
• ストークスVプロファイルを最小二乗デコンボリューション法を用いて解析し、表面磁場の検出と特徴づけを行った。
• 進化モデルを用いて、HD 232862の質量と進化段階を推定し、理論的軌道と対比して(log g, T_eff)平面上での位置を評価した。
• 4日間にわたる時系列観測により、HD 232862およびKU PegのストークスVシグナルに変動が確認され、動的でおそらくダイナモ生成の磁場である可能性が示された。
• Vプロファイルから縦方向磁場を推定し、HD 232862では、巨星の中で観測された中で最も強い磁場強度の一つが得られた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HD 232862における高いリチウム含有量（A_Li = 2.45 ± 0.25 dex）は、その進化段階を考慮しても、標準的星の進化モデルと整合的か？
• RQ2 HD 232862で検出された時間的に変化する磁場の起源は何か？また、リチウムの保存または増加と関連している可能性はあるか？
• RQ3 HD 232862の磁場強度およびトポロジーは、他の既知の磁気的巨星と比較してどう異なるか？進化した星におけるダイナモ機構に何を示唆するか？
• RQ4 HD 232862は明るい巨星（光度クラスII）と分類されているが、なぜ赤巨星分岐帯の基部近くに位置する低質量星（1.5–2.0 M⊙）である可能性が高いのか？これは分類または進化状態にどのような意味を持つのか？
• RQ5 急速な回転、強力な磁場、および高リチウム含有量の間には、進化した巨星において因果的または相関的関係があるのか？

主な発見

• HD 232862は、G8II型巨星としての標準的星の進化モデルが予測するよりも著しく高いリチウム含有量（A_Li = 2.45 ± 0.25 dex）を示している。
• この星は、赤巨星分岐帯の基部に近い低質量巨星（1.5–2.0 M⊙）である可能性が高く、リチウムを豊富に含む巨星は常にこの進化段階に位置するという仮定に反する。
• HD 232862では、強力で時間的に変化する磁場が検出され、縦方向成分から高い磁場強度が示唆され、巨星の中で観測された中で最も強い磁場の一つである。
• KU Pegに対しても、初めて磁場が検出されたが、HD 232862ほど強くはなく、変動はダイナモ起源と整合的である。
• HD 232862の高リチウム含有量は、標準的な希釈プロセスでは説明できない。磁場が混合を抑制しているか、または未知のリチウム増加機構と関連している可能性がある。
• 本研究では、HD 232862が光度クラスIIと誤分類されている可能性を示唆しており、その進化状態はより低い光度の巨星、おそらく準巨星または初期の赤巨星と整合的である。