[論文レビュー] Oxygen lines in solar granulation. II. Centre-to-limb variation, NLTE line formation, blends and the solar oxygen abundance

Tiago M. D. Pereira, M. Asplund+1 more|Max Planck Institute for Plasma Physics|Sep 12, 2009

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 34被引用数 50

ひとこと要約

本研究は、太陽ディスク全域における高分解能・高S/N観測を用いて、3次元太陽大気モデルと非局所熱力学平衡（NLTE）線形成を酸素線に対してテストする。3DモデルにNLTE効果と更新された衝突データを組み合わせることで、O iおよび[O i]線の中心対縁変化を顕著に良く再現でき、太陽酸素分圧は一貫して log ε(O) ≈ 8.66–8.68 となる。これは現代の3D-NLTE分圧分析の信頼性を強化する。

ABSTRACT

Context: There is a lively debate about the solar oxygen abundance and the role of 3D models in its recent downward revision. The models have been tested using high resolution solar atlases. Further testing can be done using centre-to-limb variations. Aims: Using high quality observations of oxygen lines across the solar surface we seek to test if the 3D and 1D models reproduce their observed centre-to-limb variation (CLV). In particular we seek to assess whether the 3D model is appropriate to derive the solar oxygen abundance. Methods: We use our recent observations of OI 777 nm, OI 615.81 nm, [OI] 630.03 nm and nine lines of other elements for five viewing angles 0.2

研究の動機と目的

• 3D流体力学的太陽大気モデルとNLTE線形成が、酸素線の中心対縁変化を正確に再現できるかをテストすること。
• 実験的に衝突効率スケーリング係数 $ S_{\mathrm{H}} $ をキャリブレーションすることにより、H iの非弾性衝突がO i 777 nm三重線に与える影響を評価すること。
• 太陽縁付近で特に顕著なO i 615.82 nm線に影響を与える分子ブレンドを同定・定量すること。
• [O i] 630.03 nm線におけるNi iブレンドの役割を評価し、酸素分圧推定に与える影響を検討すること。
• 複数の酸素線と高度なモデリング手法を用いて、一貫性があり信頼性の高い太陽酸素分圧を導出すること。

提案手法

• 太陽ディスク上での5つの視点角（$ 0.2 \leq \mu \leq 1$）で、O i 777 nm、O i 615.81 nm、[O i] 630.03 nmおよび他の9つの元素線の高分解能・高S/N観測を取得した。
• 観測された線プロファイルおよびその中心対縁変化を、3D流体力学的太陽モデルと1Dモデル（Holweger–MüllerおよびMARCS）から計算された合成プロファイルと比較した。
• 最新のNLTE線形成コードを用い、原子データの更新、非局所熱平衡からの逸脱、H iとの衝突率（Drawin形式にスケーリング係数 $ S_{\mathrm{H}} $ を用いて）を組み込んだ。
• Fe i線を用いて絶対波長スケールをキャリブレーションし、[O i] 630.03 nm線の近接するO iおよびNi i線のブレンドに高い精度を確保した。
• 合成スペクトルと縁付近の観測を比較することで、特にO i 615.82 nm線に対して分子ブレンドの寄与を制約した。
• Ni i分圧を3Dモデル値（Asplund et al. 2009）に固定し、波長キャリブレーションとブレンドモデリングの影響が酸素分圧推定に与える影響を分離した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3D太陽大気モデルにNLTE線形成を組み合わせることで、観測された中心対縁変化が酸素線に対して正確に再現可能か？
• RQ2 縁付近の観測に基づいて、O i 777 nm線に対して最適なH i衝突効率スケーリング係数 $ S_{\mathrm{H}} $ は何か？
• RQ3 分子ブレンドはO i 615.82 nm線に顕著な寄与を示すか、特に太陽縁付近で顕著か？
• RQ4 [O i] 630.03 nm線におけるNi iブレンドは酸素分圧推定にどのように影響を及ぼし、信頼性を持ってモデリング可能か？
• RQ5 3D-NLTEモデリングを用いる場合、複数の酸素線で一貫した太陽酸素分圧が得られるか？

主な発見

• 3Dモデルは、特にO i 777 nm線および[O i] 630.03 nm線において、観測された中心対縁変化を顕著に正確に再現している。
• O i 777 nm線の観測との最も良い一致は $ S_{\mathrm{H}} \approx 0.85 $ のときであり、古典的DrawinレシピがH i衝突効率を高めに見積もっていることを示唆している。
• 以前に未知であった分子ブレンドが、太陽縁付近のO i 615.82 nm線に顕著な寄与を示しており、観測されたブルーシフトと線強度の増大を説明できる。
• Ni iブレンドが更新された $ \log gf $ 値および分圧データを用いて正確にモデリングされた場合、[O i] 630.03 nm線の3Dモデル予測と観測値の一致は極めて良好である。
• 複数の線からの酸素分圧は一貫しており、777 nm線から log ε(O) = 8.68、[O i] 630.03 nm線から 8.66、O i 615.82 nm線から 8.62（分子ブレンド強度に敏感）が得られた。
• 1Dモデルは、O i 777 nm線および[O i] 630.03 nm線の中心対縁変化を再現できないため、温度構造および力学的特性に限界があることが示された。