[論文レビュー] The Core-Wing Anomaly of Cool Ap Stars: Abnormal Balmer Profiles

Charles R. Cowley, S. Hubrig+4 more|ArXiv.org|Dec 5, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 5被引用数 55

ひとこと要約

本論文は、冷却したAp星のバルマー線プロファイルに見られるコア・ウィング異常（CWA）を特定した。これは、7000–8000 Kの星に特徴的な広がったウィングが、急激に狭く深いコアに移行する現象であり、冷却（≤6000 K）の白色矮星に類似した特徴を示す。この異常は、局所熱力学的平衡（LTE）または標準的大気モデルでは再現できないため、これらの星の大気は根本的に通常でないことが示唆され、非LTE効果、磁場、または従来の仮定を超えた複雑な大気構造が関与している可能性がある。

ABSTRACT

Paper by Cowley et al. The Core-Wing Anomaly Etc. The profiles of H$α$ in a number of cool Ap stars are anomalous. Broad wings, indicative of temperatures in the range 7000-8000K end abruptly in narrow cores. The widths of these cores are compatible with those of dwarfs with temperatures of 6000K or lower. This profile has been known for Przybylski's star, but it is seen in other cool Ap's. The H$β$ profile in several of these stars shows a similar core-wing anomaly (CWA). In Przybylski's star, the CWA is probably present at higher Balmer members. We are unable to account for these profiles within the context of LTE and normal dwarf atmospheres. We conclude that the atmospheres of these stars are not ``normal.'' This is contrary to a notion that has long been held.

研究の動機と目的

• 冷却Ap星における異常なバルマー線プロファイルの起源を調査すること、特に標準的な温度予想と矛盾するHαおよびHβの鋭いコアに焦点を当てる。
• プリジビリスク星や他の冷却Ap星で観測されたコア・ウィング異常（CWA）が、標準的なLTE大気モデルで説明可能かどうかを特定すること。
• CWAが、磁場や化学的に特異な性質を示すAp星の特性（表面の不均一性や希土類元素のイオン化異常）と関連しているかどうかを評価すること。
• CWAが冷却Ap星、特に急速振動Ap（roAp）星に普遍的であるかどうかを評価し、大気構造および温度診断への影響を検討すること。
• Ap星の大気が「正常」であるという長年の仮定に疑問を呈し、バルマー線プロファイルおよびイオン化平衡における不整合を示すこと。

提案手法

• VLTおよびその他の望遠鏡を用いて、高分解能（約110000）で5つの冷却Ap星のHαおよびHβ線を高分解能分光観測した。
• 線プロファイルの整合性、特に鋭いコアを保持するために、専用ソフトウェア（例：CRCおよびミシガン大学ソフトウェア）を用いたスペクトルの還元および正規化処理を行った。
• 観測されたバルマー線プロファイルを、Kurucz（1994）の理論的LTEモデル大気と比較し、効果的温度（Teff）および表面重力（log g）を変化させて検証した。
• LTEモデルを用いた数値実験では、上層大気の人工的冷却や温度構造の変更（対流や磁場効果の模擬）を試みた。
• 非LTE計算は、Hα、Hβ、Hγについて、MULTIコードを用いてTeff = 6000 Kおよび8000 Kのモデル大気で実施し、局所熱力学的平衡からの逸脱が及ぼす影響を評価した。
• Fe IとFe II、および希土類元素の第二および第三イオン化スペクトル（Pr III、Nd III）のイオン化平衡を分析し、非熱的または非LTE状態を示す不整合を検出することを目的とした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ冷却Ap星のHαおよびHβプロファイルは、広がったウィング（7000–8000 Kに相当）から、急激に狭く深いコア（T_eff ≤ 6000 Kに類似）に移行するのか？
• RQ2 標準的なLTEモデル大気と通常の化学組成を用いても、バルマー線のコア・ウィング異常（CWA）は再現可能か？
• RQ3 CWAは、特にroAp星において、磁場的・化学的に特異な性質を示すAp星と関連しているか？
• RQ4 非LTE効果、特に線散乱における部分的再分配が、観測されたバルマー線コアの形状に果たす役割は何か？
• RQ5 希土類元素（例：Pr III/Nd III）のイオン化異常およびFe I/Fe II比の不整合は、これらの星の大気モデルの整合性にどの程度脅かすか？

主な発見

• HD 101065（プリジビリスク星）を含む複数の冷却Ap星のHαプロファイルは、コア・ウィング異常（CWA）を示しており、広がったウィング（7000–8000 Kに相当）が急激に狭く深いコア（T_eff ≤ 6000 Kに類似）に移行する。
• CWAは、HD 101065およびHD 166473など一部の星でHβに対しても観測されているが、Hαほど顕著ではない。
• LTEモデル大気では、上層大気の人工的冷却や温度構造の修正を試みても、観測された狭く深いコアを再現できない。
• MULTIコードを用いた非LTE計算では、Hαコアがわずかに（5%未満）深くなるが、その幅は変化せず、非LTEのみではこの異常を説明できない。
• イオン化異常が観測された：Pr IIIおよびNd IIIの第三イオン化スペクトルからの元素量は、第二イオン化スペクトルからのものと比べて1桁高い。これは非roAp星では観察されない現象である。
• Fe IとFe IIの線からの元素量を一致させるために必要な効果的温度は8000–9000 Kであり、色温度（7000–7500 K）よりも顕著に高い。これは、温度診断における根本的な不整合を示している。