[論文レビュー] Resolving Stellar Atmospheres I: The H alpha line and comparisons to microlensing observations

C. Thurl, Penny D. Sackett+1 more|ArXiv.org|Apr 5, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、OGLE-2002-BUL-69の重力レンズ観測データを用いて、Hα線の等価幅（EW）と新しい線幅パラメータψ²を用いて、LTEおよび非局所熱平衡（NLTE）星の大気モデルを比較した。NLTEモデルは観測されたT_effおよびlog(g)をよりよく再現するが、LTEモデルではEWに合うようにするためには100K高い温度を必要とし、G5III巨星におけるHα線の正確な解析にはNLTEの取り扱いが不可欠であることが示された。

ABSTRACT

We present work on H alpha spectral line characteristics in PHOENIX stellar model atmospheres and their comparison to microlensing observations. We examine in detail the H alpha equivalent width (EW) and the line shape characteristics for effective temperatures of 4500K< Teff < 5600K where H alpha is a strong spectral feature. We find that H alpha EW in models calculated under the assumption of local thermodynamic equilibrium (LTE) is up to 15% smaller than in models without this assumption, non-LTE models (NLTE) and that line shapes vary significantly for the two model types. A comparison with available high quality microlensing data, capable of tracing H alpha absorption across the face of one G5III giant, shows that the LTE model that fits the EW best is about 100K hotter than and the best-fitting NLTE model has a similar Teff as predicted by the spectral type analysis of the observed star but agree within the uncertainties of the observationally derived temperature. Neither LTE nor NLTE models fit the line shape well. We suspect unmodelled chromospheric emission. Line shape diagnostics suggest lower gravities than derived for the star and are unacceptable low in the case of the LTE models. We show that EW alone is insufficient for comparison to stellar model atmospheres, but combined with a new shape parameter we define is promising. In stellar parameter ranges where the H alpha line is strong, a NLTE approach of modeling stellar atmospheres is not only beneficial but mandatory.

研究の動機と目的

• PHOENIX星大気モデルにおけるHα線の特性に及ぼすLTE対NLTE仮定の影響を評価すること。
• G5III巨星（OGLE-2002-BUL-69）の高分解能重力レンズ観測とモデル大気を検証すること。
• 等価幅のみに依存するモデル比較を改善するため、新しい線幅診断パラメータψ²を策定・適用すること。
• Hα線領域における星のパラメータを正確に導出するため、NLTEモデリングが必要かどうかを評価すること。
• Hαプロファイルに影響を及ぼす可能性のある未モデル化のコアスフィア的効果を調査すること。

提案手法

• T_eff = 4500–5300 Kおよびlog(g) = 2.0–5.0の範囲で、PHOENIXモデル大気においてLTEおよびNLTE仮定下でのHα等価幅（EW）および線幅を計算した。
• 観測スペクトルとモデルスペクトルの間のフラックス差を定量化するため、新しい線幅パラメータψ²を導入し、プロファイルの形状に注目した。
• 合成スペクトルにノイズを追加した状態で、EWおよびψ²抽出の不確実性を推定するためにモンテカルロシミュレーションを実施した。
• マーカードト最小化法を用いて、重力レンズイベント OGLE-2002-BUL-69 からの観測EWおよびψ²に、LTEおよびNLTEモデルをフィットさせた。
• スペクトル型分析から独立して得られた観測値と比較して、最良適合モデルパラメータ（T_eff、log(g)）を評価した。
• ψ²の統計的有意性とランダム分布との比較を参照に、χ²およびモデル性能を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 G5III巨星に対して、LTEおよびNLTEモデル大気は、Hα等価幅および線幅をどのように異なって予測するか？
• RQ2 重力レンズ観測データから得られたHα線プロファイルおよび等価幅は、LTEまたはNLTEモデルによって一貫してフィット可能か？
• RQ3 線幅診断（ψ²）の導入により、等価幅のみに依存する場合と比較して、星のパラメータの制約がどのように改善されるか？
• RQ4 観測されたHα特性が、未モデル化のコアスフィア的放射の存在をどの程度示唆しているか？
• RQ5 進化した星のHα線領域において、T_effおよびlog(g)を正確に決定するにはNLTEモデリングが不可欠か？

主な発見

• 同じ星のパラメータに対して、NLTEモデルはLTEモデルに比べてHα等価幅を最大15%大きく予測する。
• 最良適合LTEモデルでは、観測的に導出された値よりもT_effが約100K高い必要があるが、最良適合NLTEモデルは観測T_effと不確実性内に一致する。
• 最良適合NLTEモデルは観測log(g)とも不確実性内に一致するが、最良適合LTEモデルでは顕著に低いlog(g)が得られる。
• ψ²形状診断は、特に高T_effおよび高log(g)条件下で、LTEとNLTEモデルの間に統計的に有意な差を示す。
• EWおよびψ²両方の診断において、NLTEモデルはLTEモデルよりも低いχ²とより良い妥当性指標を示す。
• 線プロファイルの残差から、特にクロースタスカウスティック通過時において、未モデル化のコアスフィア的放射がHαに影響を与えている可能性が示唆される。