[論文レビュー] The chemical composition of the Orion star-forming region. III. C, N, Ne, Mg and Fe abundances in B-type stars revisited

María-Fernanda Nieva, S. Simón‐Díaz|arXiv (Cornell University)|Apr 15, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 35被引用数 47

ひとこと要約

本研究では、高分解能分光法と一貫した非局所熱平衡（non-LTE）スペクトル解析を用いて、オリオンOB1 associationに属する13個の初期型B星におけるC、N、Ne、Mg、Feの元素分画を再評価した。1σ散らばりは0.03–0.07 dexと非常に小さく、高い化学的均一性が確認され、現在の宇宙元素分画基準と良好な一致を示した。これは、オリオンで大きな元素分画変動が報告された過去の研究を疑問視するものである。

ABSTRACT

Early B-type stars are invaluable indicators for elemental abundances of their birth environments. In contrast to the surrounding neutral interstellar matter (ISM) and HII regions their chemical composition is unaffected by depletion onto dust grains and by the derivation of different abundances from recombination and collisional lines. In combination with ISM or nebular gas-phase abundances they facilitate the dust-phase composition to be constrained. Precise abundances of C, N, Mg, Ne, Fe in early B-type stars in the Orion star-forming region are determined in order to: a) review previous determinations using a self-consistent quantitative spectral analysis based on modern stellar atmospheres and recently updated model atoms, b) complement results found in Paper I for oxygen and silicon, c) establish an accurate and reliable set of stellar metal abundances to constrain the dust-phase composition of the Orion HII region in Paper II of the series. A detailed, self-consistent spectroscopic study of a sample of 13 narrow-lined B0V-B2V stars in Ori OB1 is performed. High-quality spectra obtained with FIES@NOT are analysed using a non-LTE method and line-profile fitting techniques, validating the approach by comparison with results obtained in Paper I using line-blanketed non-LTE model atmospheres and a curve-of-growth analysis. The two independent analysis strategies give consistent results for basic stellar parameters and abundances of oxygen and silicon. The extended analysis to C, N, Mg, Ne, and Fe finds a high degree of chemical homogeneity, with the 1sigma-scatter adopting values of 0.03--0.07 dex around the mean for the various elements. Present-day abundances from B-type stars in Ori OB1 are compatible at similar precision with cosmic abundance standard values as recently established from early-type stars in the solar neighbourhood and also with the Sun. (abridged)

研究の動機と目的

• オリオン星形成領域の初期型B星におけるC、N、Ne、Mg、Fe分画を、より高い精度で再決定すること。
• OとSiで最大0.5 dex、CとNで最大0.45 dexの散らばりを報告した先行研究との不一致を解消すること。
• オリオンH II領域におけるダスト相組成を制約するための、信頼性が高く一貫性のある星間金属分画セットを確立すること。
• 2つの独立した解析手法（ハイブリッドnon-LTEとAtlas9+Detail+Surface、およびラインブランケット非局所熱平衡non-LTEとFastwind）の整合性を検証すること。
• 太陽近傍の初期型星およびオリオンにおける晩期型星と比較することで、銀河化学進化および太陽起源に関する問題を評価すること。

提案手法

• ノルディック・オプティカル望遠鏡のFIES装置を用いて、オリオンOB1に属する13個の狭線B0 V–B2 V星の高品質分光データを取得した。
• Atlas9ラインブランケット非局所熱平衡（LTE）モデル大気を用い、非局所熱平衡（non-LTE）線形成をDetail+Surfaceコードで行う一貫した分光的解析を実施した。
• ハイブリッドnon-LTE手法を適用：LTEモデル大気を用い、原子準位集団の精度を向上させるために非局所熱平衡線形成を組み込んだ。
• 系統的誤差を最小限に抑えるために、線幅-profileフィッティング技術を用いて分画決定を検証した。
• 各元素の複数のイオン化状態を扱い、Nieva & Przybilla (2010a,b) で提示された通りに系統的不確実性を慎重に評価した。
• 独立した解析フレームワークであるPaper I（Fastwind non-LTEコード）の結果と照合し、一貫性を確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オリオンOB1に属する初期型B星におけるC、N、Ne、Mg、Fe分画は化学的に均一であるか、それとも顕著な変動が存在するか？
• RQ2 本研究で得られた分画は、OとSiで最大0.4–0.5 dexの散らばりを報告した先行研究と比較してどのように異なるか？
• RQ3 オリオンB型星の分画は、現在の宇宙元素分画基準（PNB08）および太陽値とどの程度一致するか？
• RQ4 ハイブリッドnon-LTE手法（Atlas9+Detail+Surface）は、質量星分画解析に適した、完全なnon-LTE Fastwindコードと一貫性を持つ結果をもたらすか？
• RQ5 これらの星間分画は、オリオンH II領域におけるダスト相組成にどのような制約をもたらすか？

主な発見

• 13個のB型星におけるC、N、O、Si、Ne、Mg、Feの分画散らばりは小さく、平均値周りの1σ散らばりは0.03–0.07 dexの範囲であった。
• オリオンB型星におけるC、N、O、Ne、Mg、Si、Feの分画は、太陽近傍の初期型星が定義する現在の宇宙元素分画基準（PNB08）と良好に一致した。
• 本研究の結果は、オリオンOB1領域の高い化学的均一性を裏付け、過去に大きな分画変動を報告した研究とは矛盾する。
• ハイブリッドnon-LTE手法（Atlas9+Detail+Surface）は、Fastwind non-LTEコードと一貫性のある結果をもたらし、質量星分画解析に有効であることが検証された。
• オリオンB型星における鉄分画（log ɛ(Fe) ≈ 7.48）は、オリオンOB1bおよびオリオン星団クラスタの晩期型星からの最近の決定値と整合的であった。
• 本研究は、オリオンH II領域のダスト相組成に強い制約をもたらす、正確で一貫性があり信頼性の高い星間金属分画セットを提供した。これはシリーズのPaper IIで応用された。