[論文レビュー] Stellar laboratories. VI. New Mo IV - VII oscillator strengths and the molybdenum abundance in the hot white dwarfs G191-B2B and RE0503-289

T. Rauch, P. Quinet+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 38被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、Mo iv–viiの新しい非局所熱力学的平衡（NLTE）遷移モーメントを提示し、熱い白色矮星におけるモリブデンの質量分率の最初の信頼できる決定を可能にした。ハッブル宇宙望遠鏡/STISおよびFUSEを用いた高分解能紫外線スペクトルを用い、RE 0503−289およびG191−B2Bの観測から、12本のMo vおよび9本のMo vi線を同定した。RE 0503−289における光球層モリブデン質量分率は1.2–3.0×10⁻⁴（太陽値の22,500–56,400倍）と決定された。G191−B2Bではモリブデン、クリプトン、キセノンの上限値が得られ、原子データへのアクセスを可能にする新規GAVOバーチャルオブザーバトリーサービスが導入された。

ABSTRACT

For the spectral analysis of high-resolution and high-signal-to-noise (S/N) spectra of hot stars, state-of-the-art non-local thermodynamic equilibrium (NLTE) model atmospheres are mandatory. These are strongly dependent on the reliability of the atomic data that is used for their calculation. To identify molybdenum lines in the ultraviolet (UV) spectra of the DA-type white dwarf G191-B2B and the DO-type white dwarf RE0503-289 and to determine their photospheric Mo abundances, newly calculated Mo IV - VII oscillator strengths are used. We identified twelve Mo V and nine Mo VI lines in the UV spectrum of RE0503-289 and measured a photospheric Mo abundance of 1.2 - 3.0 x 10**-4 (mass fraction, 22500 - 56400 times the solar abundance). In addition, from the As V and Sn IV resonance lines, we measured mass fractions of arsenic (0.5 - 1.3 x 10**-5, about 300 - 1200 times solar) and tin (1.3 - 3.2 x 10**-4, about 14300 35200 times solar). For G191-B2B, upper limits were determined for the abundances of Mo (5.3 x 10**-7, 100 times solar) and, in addition, for Kr (1.1 x 10**-6, 10 times solar) and Xe (1.7 x 10**-7, 10 times solar). The arsenic abundance was determined (2.3 - 5.9 x 10**-7, about 21 - 53 times solar). A new, registered German Astrophysical Virtual Observatory (GAVO) service, TOSS, has been constructed to provide weighted oscillator strengths and transition probabilities. Reliable measurements and calculations of atomic data are a prerequisite for stellar-atmosphere modeling. Observed Mo V - VI line profiles in the UV spectrum of the white dwarf RE0503-289 were well reproduced with our newly calculated oscillator strengths. For the first time, this allowed to determine the photospheric Mo abundance in a white dwarf.

研究の動機と目的

• 熱い星のスペクトル解析の正確性を高めるため、特に鉄以後の元素であるモリブデンのような元素の原子データの信頼性を向上させること。
• Mo iv–viiの精密な遷移モーメントの欠如が、高分解能紫外線スペクトルにおける正確な質量分率決定を妨げているという問題に取り組むこと。
• 熱い白色矮星RE 0503−289およびG191−B2Bの紫外線スペクトルにおけるモリブデン線を同定すること。
• 新たに計算されたNLTEモデル大気を用いて、RE 0503−289における光球層モリブデン質量分率とG191−B2Bにおける上限値を決定すること。
• 重み付き遷移モーメントおよび遷移確率のデータへのアクセスを提供する新しいバーチャルオブザーバトリーサービス（TOSS）の開発および公開すること。

提案手法

• 高精度な原子構造計算を用いて、Mo iv–viiの新しい遷移モーメントを計算し、NLTE星大気モデルの精度を向上させた。
• TMAP NLTEモデル大気コードを用いて、RE 0503−289およびG191−B2Bの大気におけるスペクトル線形成を模擬した。
• ハッブル宇宙望遠鏡/STISおよびFUSEを用いた高分解能・高信号対雑音比の紫外線スペクトルを用い、Mo v、Mo vi、As v、Sn ivおよび他のイオン線を観測した。
• NLTEモデルから計算された合成スペクトルと観測された線幅-profileをフィッティングすることで、元素の質量分率を制約した。
• 新たに計算された遷移モーメントおよび遷移確率のデータへのアクセスを提供するTOSSバーチャルオブザーバトリーサービスを構築した。
• 放射線浮上および拡散モデリングを実施し、白色矮星における鉄以降元素の観測された質量分率パターンを解釈した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Mo iv–viiの正確な遷移モーメントは何か？ そして、それらは熱い白色矮星大気のNLTEモデリングをどのように改善するか？
• RQ2 RE 0503−289およびG191−B2Bの紫外線スペクトルにおいて、明確に同定可能なモリブデン線はどれか？
• RQ3 DO型白色矮星RE 0503−289における光球層モリブデン質量分率は何か？ また、DA型白色矮星G191−B2Bにおける上限値は何か？
• RQ4 As、Sn、Kr、Xeおよび他の鉄以降元素の質量分率は、太陽値と比較してどの程度か？ それらの過剰な質量分率を引き起こす要因は何か？
• RQ5 放射線浮上は、これらの熱い白色矮星における重元素の観測された質量分率パターンをどの程度説明できるか？

主な発見

• 新たに計算された遷移モーメントを用いて、DO型白色矮星RE 0503−289の紫外線スペクトルから12本のMo v線および9本のMo vi線が明確に同定された。
• RE 0503−289における光球層モリブデン質量分率は、log Mo = −3.73 ± 0.2（質量分率1.2–3.0×10⁻⁴、太陽値の22,500–56,400倍）と決定された。
• RE 0503−289におけるヒ素の質量分率はlog As = −5.08 ± 0.2（1.3–5.0×10⁻⁵、太陽値の300–1,200倍）と測定され、スズの質量分率はlog Sn = −3.69 ± 0.2（1.3–3.2×10⁻⁴、太陽値の14,300–35,200倍）であった。
• G191−B2Bにおけるモリブデンの上限値は5.3×10⁻⁷（太陽値の100倍）、クリプトンは1.1×10⁻⁶（太陽値の10倍）、キセノンは1.7×10⁻⁷（太陽値の10倍）であり、ヒ素の質量分率は2.3–5.9×10⁻⁷（太陽値の21–53倍）であった。
• RE 0503−289における観測されたMo vおよびMo vi線幅-profileは、新規に計算された遷移モーメントを用いたNLTEモデルによってよく再現された。これにより、原子データおよび質量分率決定の妥当性が裏付けられた。
• 新たに開発されたバーチャルオブザーバトリーサービスTOSS（http://dc.g-vo.org/TOSS）が設立され、Mo iv–viiおよびその他の元素の重み付き遷移モーメントおよび遷移確率へのアクセスが可能になった。