[論文レビュー] Stellar laboratories. VII. New Kr IV - VII oscillator strengths and an improved spectral analysis of the hot, hydrogen-deficient DO-type white dwarf RE0503-289

T. Rauch, P. Quinet+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 60被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、高温で水素を欠くDO型白色矮星RE 0503−289の非局所熱力学的平衡（NLTE）モデル大気を改善するために、高度な量子力学的手法を用いて新しいKr iv–viiの遷移確率を計算した。ハッブル宇宙望遠鏡およびFUSEの高分解能UV分光データを用い、星の大気パラメータとKrの同位体比を再分析した。11本の新しいKr線（10本のKr v、1本のKr vi）を同定し、太陽系外に極めて高いKr同位体比（log Kr = −3.3 ± 0.3）を導出した。これは、高温星のNLTE分光解析において正確な原子データの必要性を裏付けるものである。

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. New of Kr IV - VII oscillator strengths for a large number of lines allow to construct more detailed model atoms for our NLTE model-atmosphere calculations. This enables us to search for additional Kr lines in observed spectra and to improve Kr abundance determinations. We calculated Kr IV - VII oscillator strengths to consider radiative and collisional bound-bound transitions in detail in our NLTE stellar-atmosphere models for the analysis of Kr lines exhibited in high-resolution and high-S/N ultraviolet (UV) observations of the hot white dwarf RE 0503-289. We reanalyzed the effective temperature and surface gravity and determined Teff = 70 000 +/- 2000 K and log (g / cm/s**2) = 7.5 +/- 0.1. We newly identified ten Kr V lines and one Kr VI line in the spectrum of RE 0503-289. We measured a Kr abundance of -3.3 +/- 0.3 (logarithmic mass fraction). We discovered that the interstellar absorption toward RE 0503-289 has a multi-velocity structure within a radial-velocity interval of -40 km/s < vrad < +18 km/s. Reliable measurements and calculations of atomic data are a prerequisite for state-of-the-art NLTE stellar-atmosphere modeling. Observed Kr V - VII line profiles in the UV spectrum of the white dwarf RE 0503-289 were simultaneously well reproduced with our newly calculated oscillator strengths.

研究の動機と目的

• 正確な原子データを提供することで、高温で水素を欠く白色矮星の非局所熱力学的平衡（NLTE）モデル大気の信頼性を向上させること。
• 高電離度の遷鉄元素の精密分光解析を妨げる、Kr iv–viiの包括的な遷移確率データの不足を是正すること。
• 新たに計算された遷移確率を用いて、DO型白色矮星RE 0503−289の大気パラメータとKr同位体比を再分析すること。
• 高分解能紫外分光データを用いて、以前に検出されなかったKr線を同定し、Kr iv–viiのイオン化平衡を検証すること。
• 観測された吸収線を用いて、RE 0503−289への視線方向の銀河間媒体の速度構造を調査すること。

提案手法

• 配置相互作用およびブライト＝ポール方針補正を含む高度な量子力学的手法を用いて、Kr iv–viiの遷移確率を計算し、放射遷移および衝突遷移を正確にモデル化した。
• 新たに計算された遷移確率を組み込んだ詳細なモデル原子を構築し、NLTE星大気モデルの精度を向上させた。
• ハッブル/STISおよびFUSEの高分解能UV観測データを用いて、合成分光法を実施し、観測された線幅をフィットさせた。
• OWENSプロファイルフィッティング手順および理論分光サービス（TheoSSA, TOSS）を用いて、合成スペクトルと観測データを比較した。
• 複数のKrイオン化状態における観測線幅と合成線幅の残差を最小化することで、大気パラメータ（T_eff、log g）を制約した。
• 高SN比のUV分光データを用いて、銀河間媒体の径方向速度構造を分析し、RE 0457−281という近接するDA型白色矮星と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Kr iv–vii遷移の正確な遷移確率は何か？ そして、それらはNLTEモデル大気計算をどのように改善するか？
• RQ2 新たに得られた原子データは、RE 0503−289の導出された有効温度および表面重力にどのような影響を与えるか？
• RQ3 更新された遷移確率および改良されたモデル原子を用いた場合、RE 0503−289の大気中でのKr同位体比は何か？
• RQ4 RE 0503−289のUVスペクトルに、以前に検出されなかったKr線が存在するか？ そして、新たなデータでそれらを同定できるか？
• RQ5 RE 0503−289への視線方向の銀河間媒体の径方向速度構造は何か？ また、RE 0457−281へのそれと比較してどう異なるか？

主な発見

• RE 0503−289の有効温度と表面重力を、T_eff = 70,000 ± 2,000 Kおよびlog g = 7.5 ± 0.1 cm s⁻²に高精度に再評価した。これは以前の推定値と整合的だが、より精密である。
• 新たに計算された遷移確率を用いて、RE 0503−289のUVスペクトルに10本の新しいKr v線および1本のKr vi線を明確に同定した。
• RE 0503−289におけるKr同位体比は、log Kr = −3.3 ± 0.3（対数的質量分率）と決定され、太陽値の2,300〜9,200倍に相当する。
• 合成スペクトルにおいて、Kr v–viiのイオン化平衡が良好に再現されており、新たな原子データおよびモデル大気の整合性が確認された。
• RE 0503−289への銀河間媒体は、径方向速度が−40 km s⁻¹から+18 km s⁻¹の範囲に及ぶ多速度構造を示している。
• RE 0503−289におけるFe同位体比は、太陽値の≤0.01倍に制約され、以前の上限と整合的であり、高いNi/Fe比の理由は未解明のままである。