[論文レビュー] Shedding Light on Lithium Evolution: The Globular Cluster Perspective

A. J. Korn|arXiv (Cornell University)|Jun 27, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 12

ひとこと要約

この論文は、金属不足の球状星団における20年間のリチウム含有量測定をレビューし、未発酵主系列星、転換点星、準巨星星に焦点を当てる。表面リチウムの進化は主に原子拡散とそれに伴う追加混合によって制御されており、温度スケールの不確実性が正確な宇宙論的テストを制限しているが、場星のリチウム含有量と顕著な差異は検出されない。

ABSTRACT

I shall review what has been learnt during 20 years of lithium observations in stars belonging to metal-poor globular clusters. The focus will be on little evolved main-sequence, turnoff-point (TOP) and subgiant-branch (SGB) stars expected to display Spite-plateau lithium abundances like those found in the majority of field stars of similar metallicities. But is the Spite plateau of globular clusters the same as those of field stars? What effect does, e.g., cluster-internal pollution have on lithium abundances in the now dominant second generation of stars? It will be shown that it is primarily our incomplete knowledge of the temperature scale of Population II stars which currently limits the diagnostic power of globular clusters as regards the stellar-surface evolution of lithium.

研究の動機と目的

• 金属量が類似する場星と比較して、球状星団の星におけるリチウム含有量が一致するかどうかを評価すること。
• 内部の星団汚染（例えば第二世代星など）が、リチウム表面含有量に与える影響を調査すること。
• 低質量第二星族星における原子拡散と追加混合の役割が、リチウム進化にどのように寄与するかを評価すること。
• 特に有効温度スケールの誤差を含む、リチウム含有量決定における主な不確実性の源を特定すること。
• 球状星団がビッグバン核合成予測のテストにリチウムを用いて信頼できるプローブとして機能できるかどうかを明らかにすること。

提案手法

• ESO VLT機器（UVES、FLAMES-UVES、FLAMES-GIRAFFE）を用いたNGC 6397、NGC 6752、M 4、M 92の星における高分解能分光データの分析。
• 特に1次元モデルにおけるLind et al. (2009b) の非局所熱平衡補正を用いたリチウム線の補正。
• 異なる温度スケールを用いた複数の研究におけるリチウム含有量の比較を通じて、系統的影響を隔離すること。
• 線形成および含有量推定に与える影響を評価するため、流体力学（HD）および磁気流体力学（MHD）モデルの適用。
• 系統的誤差を最小限に抑えるための微分分光法の使用。ただし、完全な微分分析は依然として稀である。
• 有効温度スケールの不確実性が推定される追加混合効率およびリチウム減少に与える影響の評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 球状星団におけるSpite plateauは、類似金属量の場星で観測されたものと同一であるか？
• RQ2 第二世代星に起因する内部星団汚染が、リチウム表面含有量にどの程度影響を及えるか？
• RQ3 第二星族星の有効温度スケールの不確実性が、リチウム含有量の解釈にどのように影響するか？
• RQ4 原子拡散と追加混合が、未発酵星団星における観測されたリチウム減少を完全に説明できるか？
• RQ5 球状星団が、リチウムを用いてビッグバン核合成予測をテストするためのプローブとしてどの程度有効か？

主な発見

• 金属量が類似する球状星団星と場星との間で、リチウム含有量に顕著な差異は認められず、差異は0.05 dexを超えない。
• 未発酵星団星における観測されたリチウム含有量は、原子拡散と追加混合を補正した標準的星の進化予測と整合的である。
• 有効温度スケールの不確実性が100 Kを超えると、リチウム含有量に最大0.07 dexの誤差が生じる可能性があり、推定される混合効率への間接的影響は0.4 dexに達する。
• 追加混合を補正した原子拡散（例：T6.25モデル）は、WMAP補正済みビッグバン核合成予測と観測されたリチウムを完全に一致させる。
• MHDモデルは、高い有効温度を必要としないため、現在の系統的不確実性を緩和する可能性を秘めている。
• 球状星団に系統的なリチウム過剰または欠乏の明確な証拠はなく、観測されたリチウムの分散は強く確立されていない。