[論文レビュー] The Chemical Evolution of Fluorine in the Bulge - High-resolution K-band spectra of giants in three fields

Henrik Jönsson, N. Ryde+7 more|University of Hertfordshire Research Archive (University of Hertfordshire)|Mar 11, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 59被引用数 17

ひとこと要約

本研究は、銀河のバルジにおける赤色特徴星の高分解能Kバンドスペクトルを分析し、フルオリン生成メカニズムを調査した。その結果、AGB星とII型超新星のみでは観測されたフルオリン分画を説明できないことが判明した。データは、Wolf-Rayet星が顕著な寄与をしていることを強く支持しており、著者らは過去の不一致を解消するための一貫性のあるHF分子ラインリストを提示した。これは、過去の研究でフルオリン分画を約0.3 dex過大評価していた可能性がある。

ABSTRACT

Possible main formation sites of F in the Universe include AGB stars, the ν-process in Type II SNe, and/or W-R stars. The importance of the W-R stars has theoretically been questioned and they are probably not needed in the modelling of the chemical evolution of F in the solar neighborhood. It has, however, been suggested that W-R stars are indeed needed to explain the chemical evolution of F in the Bulge. The molecular spectral data of the often used HF-molecule has not been presented in a complete and consistent way and has recently been debated in the literature. In this article we determine the [F/O] vs. [O/H] trend in the Bulge to investigate the possible contribution from W-R stars. Additionally, we present here a HF line list for the K- and L-bands (including the often used 23358.33 Å line) and an accompanying partition function. The F abundances were determined using spectral fitting from hi-res NIR spectra of eight K giants recorded by the spectrograph CRIRES. We have also re-analyzed five previously published Bulge giants using our new HF molecular data. We find that the F-O abundance in the Bulge probably cannot be explained with chemical evolution models including only AGB-stars and the ν-process in SNe Type II, i.e. a significant amount of F production in W-R stars is likely needed to explain the F abundance in the Bulge. Concerning the HF line list, we find that a possible reason for the inconsistencies in the literature, with two different excitation energies being used, is two different definitions of the zero-point energy for the HF molecule and therefore also two accompanying different dissociation energies. Both line lists are correct, as long as the corresponding consistent partition function is used in the spectral synthesis. However, we suspect this has not been the case in several earlier works leading to F abundances 0.3 dex too high.

研究の動機と目的

• 金属量の関数として銀河のバルジにおけるフルオリン-酸素分画トレンドを特定し、星の生成源を評価すること。
• 理論的モデルに矛盾するが、Wolf-Rayet星がバルジにおけるフルオリン進化を説明するために必要かどうかを評価すること。
• HF分子の不一致した分子データが原因で生じた過去のフルオリン分画測定の不整合を解消すること。
• KバンドおよびLバンドに適した一貫性があり高精度なHFラインリストと、スペクトル合成に必要な対応する分配関数を提供すること。

提案手法

• 8つのK型特徴星（3つのバルジ領域）の高分解能Kバンドスペクトルを、非常に大型望遠鏡（VLT）のCRIRES分光計を用いて取得した。
• 新しく構築した一貫性のあるHF分子ラインリストを用いて、23358.33 ÅのHFラインのスペクトルフィッティングによりフルオリン分画を導出した。
• 著者らは、新たに開発した分子データを用いて、以前にGemini/GPS-Phoenix分光計で観測された5つのバルジ特徴星を再分析した。
• HF分子の対応する分配関数を一貫性を持って導出し、励起エネルギー定義の過去の不一致を是正した。
• AGB星、II型超新星（ν過程を介して）、Wolf-Rayet星を含む化学的進化モデルを観測されたF/Oトレンドと比較した。
• 金属量の指標として[Fe/H]および[O/H]を用い、バルジ全域における酸素に対するフルオリンの進化を追跡した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河のバルジにおける観測されたフルオリン分画は、AGB星とII型超新星からのν過程のみを含むモデルと整合的か？
• RQ2 Wolf-Rayet星はバルジにおけるフルオリン生成に果たす役割は何か？ また、観測されたF/Oトレンドを説明するためにその寄与は不可欠か？
• RQ3 過去の研究ではなぜ一貫性のないフルオリン分画が報告されたのか？ これはHF分子の分子データの不一致に起因するか？
• RQ4 KバンドおよびLバンドに適した一貫性のあるHFラインリストをどのように構築できるか？ これにより、将来的な分画決定の正確性がどのように向上するか？
• RQ5 [Zr/F]の[Fe/H]増加に伴う傾向は、金属量依存のフルオリン源（例：Wolf-Rayet星）の必要性を支持するか？

主な発見

• バルジにおける観測されたフルオリン-酸素分画トレンドは、AGB星とII型超新星からのν過程のみを含むモデルの予測を上回る勾配を示しており、追加の生成メカニズムが必須であることを示唆している。
• データは、Wolf-Rayet星がバルジにおけるフルオリンの必要不可欠な供給源である可能性を強く示しており、観測されたトレンドと金属量依存性を説明できる。
• 過去のフルオリン分画測定の多くは、HF分子データの不一致（特に分配関数や解離エネルギーの不一致）により、約0.3 dex過大評価されていた可能性がある。
• 著者らは、KバンドおよびLバンド（23358.33 Åラインを含む）に適した一貫性のある新しいHFラインリストと、それに対応する分配関数を提示した。これにより、過去の不整合が解消された。
• [F/H]増加に伴う[腍/F]の傾向は、AGB星による生成だけでは説明できないため、Wolf-Rayet星のような追加の供給源の必要性をさらに支持する。
• 本研究では、II型超新星におけるν過程が、観測範囲内で金属量依存性を示さないため、観測されたフルオリントレンドを説明できないことが確認された。