[論文レビュー] Model atmospheres of chemically peculiar stars: Self-consistent empirical stratified model of HD24712

D. Shulyak, T. Ryabchikova+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 41被引用数 35

ひとこと要約

本研究は、観測されたスペクトル線から直接導かれたレアアース元素（PrおよびNd）の垂直方向の層化を組み込んだ、冷却されたroAp星HD 24712における最初の経験的自己整合的モデル大気を提示する。反復的NLTE線形成およびモデル大気の再計算を用いて、上層大気におけるPrおよびNdの過剰存在が逆温度勾配を引き起こし、均一モデルと比較して最大600 Kの温度上昇をもたらすことを示した。

ABSTRACT

High-resolution spectra of some chemically peculiar stars clearly demonstrate the presence of strong abundance gradients in their atmospheres. However, these inhomogeneities are usually ignored in the standard scheme of model atmosphere calculations, braking the consistency between model structure and spectroscopically derived abundance pattern. In this paper we present first empirical self-consistent stellar atmosphere model of roAp star HD24712, with stratification of chemical elements included, and which is derived directly from the observed profiles of spectral lines without time-consuming simulations of physical mechanisms responsible for these anomalies. We used the LLmodels stellar model atmosphere code and DDAFIT minimization tool for analysis of chemical elements stratification and construction of self-consistent atmospheric model. Empirical determination of Pr and Nd stratification in the atmosphere of HD24712 is based on NLTE line formation for Prii/iii and Ndii/iii with the use of the DETAIL code. Based on iterative procedure of stratification analysis and subsequent re-calculation of model atmosphere structure we constructed a self-consistent model of HD24712, i.e. the model which temperature-pressure structure is consistent with results of stratification analysis. It is shown that stratification of chemical elements leads to the considerable changes in model structure as to compare with non-stratified homogeneous case. We find that accumulation of REE elements allows for the inverse temperature gradient to be present in upper atmosphere of the star with the maximum temperature increase of about 600K.

研究の動機と目的

• 化学的に特異な星における標準的モデル大気（均一な含有量を仮定）と観測されたスペクトル的含有量勾配との不一致を解消すること。
• 時間のかかる拡散シミュレーションに依存せずに、観測された線幅から直接要素の層化を導く経験的手法の開発。
• PrおよびNdの層化含有量が星の大気の温度圧力構造に与える影響の評価。
• 希土類元素（REE）の層化が合成スペクトルおよび大気パラメータの決定に与える影響の評価。
• 観測された層化をモデル構造に統合する自己整合的モデル大気の構築可能性の検証。

提案手法

• 温度圧力構造の反復的精錬を用いて、LLmodels星大気コードでモデル大気を計算。
• 観測されたスペクトル線幅からPrおよびNdの層化プロファイルを導出するためにDDAFIT最小化ツールを用いた。
• Pr ii/iiiおよびNd ii/iiiの非局所熱平衡（NLTE）線形成計算にDETAILコードを適用し、正確な線合成を確保。
• 反復的手順を実装：観測線から層化を導出 → モデル大気構造を再計算 → 一貫性が得られるまで線幅を再評価。
• 層化に段階関数を仮定し、上層および下層大気で異なる含有量を設定。
• 層化モデルの結果を標準的均一モデルと比較し、構造的およびスペクトル的差を定量化。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測されたPrおよびNdの層化を組み込むことで、HD 24712のモデル大気の温度圧力構造はどのように変化するか？
• RQ2 要素の層化は、均一モデルと比較して合成線幅にどの程度の変化をもたらすか？
• RQ3 観測的に導かれた含有量分布と一致するモデル構造を持つ自己整合的モデル大気が構築可能か？
• RQ4 上層大気における希土類元素（REE）の過剰が引き起こす温度変化の大きさはどの程度か？
• RQ5 希土類元素のNLTE効果は、モデル大気計算の一貫性にどのように影響するか？

主な発見

• 上層大気におけるPrおよびNdの層化は逆温度勾配を引き起こし、均一モデルと比較して最大約600 Kの温度上昇をもたらす。
• 星のエネルギー分布に対する要素の層化の全体的影響は最小限にとどまり、主にこの効果を完全に把握するための高品質なUV観測が不足しているためである。
• 層化による温度構造の変化は、水素線の端末に顕著な影響を及ぼさないため、通常の大気パラメータ決定では無視できる。
• モデル構造を再計算しても、Si、Ca、Cr、Fe、Sr、Baなどの他の要素の層化プロファイルは、最小化プロセスの誤差範囲内でほとんど変化しない。
• 希土類元素（REE）はNLTE計算においてももはやトレース要素とは見なせない。高い過剰含有量が光学およびエネルギー収支に顕著な影響を及ぼすため、完全なNLTE取り扱いが不可欠である。
• 本研究は、層化大気が自己整合的にモデル化可能であり、化学的に特異な星の高分解能スペクトルを正確に解釈する上で不可欠であることを確認した。