[論文レビュー] Rare-earth elements in the atmosphere of the magnetic chemically peculiar star HD 144897. New classification of the Nd III spectrum

T. Ryabchikova, A N Ryabtsev+2 more|ArXiv.org|Apr 26, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 51被引用数 54

ひとこと要約

本研究では、高分解能UVES分光法とゼーマン分裂解析を用いて、磁気的化学的に奇妙な星HD 144897におけるNd IIIのスペクトル線の再分類を提示する。著者らは、既存のNd IIIエネルギー準位およびオシレーター強度に一貫性のない点を特定し、24個の新しい準位を再分類し、波長および原子パラメータを修正することで、Ap星における希土類元素のスペクトル合成の適合度を著しく向上させた。

ABSTRACT

We have obtained a UVES spectrum of a slowly rotating strongly magnetic Ap star, HD 144897, that exhibits very large overabundances of rare-earth elements. Here we present a detailed spectral analysis of this object, also taking into account effects of non-uniform vertical distribution (stratification) of chemical elements. We have determined the photospheric abundances of 40 ions. For seven elements (Mg, Si, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe), we have obtained a stratification model that allow us to produce a satisfactory fit to the observed profiles of spectral lines of various strength. REEs abundances, that for the first time in the literature have been determined from the lines of the first and second ions, have been found typically four dex larger than solar abundances. Our analysis of REE spectral lines provide a strong support to the laboratory line classification and determination of the atomic parameters. The only remarkable exception is Nd III, for which spectral synthesis was found to be inconsistent with the observations. We have therefore performed a revision of the Nd III classification. We have confirmed the energies for 11 out of 24 odd energy levels classified previously, and we have derived the energies for additional 24 levels of Nd III, thereby increasing substantially the number of classified Nd III lines with corrected wavelengths and atomic parameters.

研究の動機と目的

• 星分光法を用いて、既存のNd IIIエネルギー準位および原子パララメータの信頼性を評価すること。
• HD 144897のNd IIIスペクトルにおいて、観測されたスペクトル線と理論的予測との間に生じる不一致を解消すること。
• 原子データの精錬を通じて、磁気的Ap星における希土類元素（REE）の過剰度決定の正確性を向上させること。
• ゼーマン分裂および脈動的特徴を用いて、線の同定およびエネルギー準位の割り当てを検証すること。
• 天文学的利用を目的とした、正確な波長およびオシレーター強度を有するNd III線の包括的かつ修正済みの分類を提供すること。

提案手法

• 表面磁場が約8.8 kGの、ゆっくり回転する強磁場を持つAp星HD 144897の高分解能UVESスペクトルを取得した。
• 非一様な垂直ストラトフィケーションを考慮した、ブレンドのない線および部分的にブレンドされた線の詳細なスペクトル合成を実施した。
• 観測スペクトルにおけるゼーマン分裂パターンを用いて、線の同定およびLandé因子の決定を検証した。
• 急速振動Ap星からの脈動的特徴を応用し、REEイオンへの線の所属を検証した。
• 観測された線プロファイルおよびゼーマン構造を再評価することで、以前に誤って分類された遷移を修正した。
• 星のデータに基づいてエネルギー準位およびオシレーター強度を調整することで、実験室測定値と理論的計算値を一致させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜHD 144897におけるNd III線のスペクトル合成結果が理論的予測から著しく逸脱しているのか？
• RQ2 Nd IIIエネルギー準位および遷移確率に関する既存の実験的および理論的データが、観測された星のスペクトルとどの程度一致しているのか？
• RQ3 roAp星におけるゼーマン分裂パターンおよび脈動挙動を用いて、磁気的Ap星におけるスペクトル線同定を検証できるか？
• RQ4 観測された線プロファイルと整合するスペクトル合成を得るためには、Nd IIIエネルギー準位分類にどのような修正が必要か？
• RQ5 Nd IIIの修正済み原子パラメータは、Ap星における希土類元素の導出過剰度にどのように影響を与えるか？

主な発見

• HD 144897におけるNd III線のスペクトル合成は、既存の原子データと整合せず、エネルギー準位分類に顕著な誤りがあることを示唆していた。
• 24個の既存のNd IIIエネルギー準位のうち、わずか11個しか正しく同定されていなかったが、4f³5d構成に対し24個の新しい準位が導出された。
• 修正された分類により、合計48本の分類済みNd III線の波長および原子パラメータが是正され、スペクトル適合度が著しく向上した。
• 新しいエネルギー準位は、観測されたゼーマンパターンおよび測定された寿命との整合性、特にJ = 3, 5, 6準位において導出された。
• Nd IIIを除く他のすべてのREEイオンについて、8.8 kGの平均磁場を用いることで、スペクトル合成は観測結果とよく一致した。
• HD 144897におけるREE過剰度は、太陽値に対して通常約4 dex過剰であり、強い奇数・偶数効果は観察されなかった。