[論文レビュー] The discovery of photospheric nickel in the hot DO white dwarf REJ0503-289

M. A. Barstow, S. Dreizler+4 more|Jan 11, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、ハッブル宇宙望遠鏡のGHRSスペクトルを用いて、高温のヘリウム豊富な白色矮星REJ0503−289において、初の直接的光球層ニッケル検出（Ni/He = 10⁻⁵）を報告する。著者らは2つの独立した非局所熱平衡（non-LTE）モデル大気コードを用い、一貫した大気パラメータを導出し、異常に低い鉄の過剰（Fe/He < 10⁻⁶）を明らかにした。これは、H豊富な白色矮星と比較して、Fe/Ni比が10倍も低いことを示し、現在の放射力上昇モデルに疑問を呈する。

ABSTRACT

We present the first evidence for the direct detection of nickel in the photosphere of the hot DO white dwarf REJ0503$-$289. While this element has been seen previously in the atmospheres of hot H-rich white dwarfs, this is one of the first similar discoveries in a He-rich object. Intriguingly, iron, which is observed to be more abundant than Ni in the hot DA stars, is not detected, the upper limit to its abundance (Fe/He$=10^{-6}$) implying a Fe/Ni ratio a factor 10 lower than seen in the H-rich objects (Ni/He$=10^{-5}$ for REJ0503$-$289). The abundance of nickel and various other elements heavier than He were determined from GHRS spectra. We used two completely independent sets of NLTE model atmospheres which both provide the same results. This not only reduces the possibility of systematic errors in our analysis but is also an important consistency check for both model atmosphere codes. We have also developed a more objective method of determining $T_{ m eff}$ and log g, from the He lines in the optical spectrum, in the form of a formal fitting of the line profiles to a grid of model spectra, an analogue of the standard procedure utilising the Balmer lines in DA white dwarfs. This gives the assigned uncertainties in $T_{ m eff}$ and log g a firm statistical basis and allows us to demonstrate that inclusion of elements heavier than H, He and C in the spectral calculations, exclusively considered in most published optical analyses, yields a systematic downward shift in the measured value of $T_{ m eff}$.

研究の動機と目的

• 高温のヘリウム豊富な白色矮星REJ0503−289に光球層ニッケルが存在するかを特定し、ヘリウムに対する相対的過剰を定量すること。
• バルマー線に依存しない、ヘリウム線プロファイルに基づく客観的なスペクトルフィッティング手法を用いて、正確な有効温度と表面重力加速度を決定すること。
• ヘリウム豊富な白色矮星における観測された重元素過剰と、放射力上昇モデルからの理論的予測との乖離を調査すること。
• モデル大気計算にヘリウム、炭素、酸素を越える元素を含めることで、導出される有効温度に与える影響を評価すること。
• 2つの独立した計算フレームワークを用いた非局所熱平衡モデル大気コードの結果を比較し、その一貫性と信頼性を評価すること。

提案手法

• ハッブル宇宙望遠鏡のガード・ハイグレージョン・スペクトログラフ（GHRS）を用いた高分解能UVスペクトルの取得。
• GHRSスペクトルを分析し、元素過剰を導出するために、2つの独立した非局所熱平衡（non-LTE）モデル大気コードの適用。
• 観測されたヘリウム線プロファイルとモデルスペクトルのグリッドを一致させるための形式的スペクトルフィッティング手法の開発により、T_effとlog gを決定。
• フィッティング手法を用いて、T_effとlog gの不確実性を統計的根拠に基づき定量し、主観的推定を低減。
• 導出される大気パラメータに与える影響を評価するため、モデル計算にヘリウム、炭素、酸素を越える元素を組み込む。
• モデル予測と観測スペクトルの比較により、特にニッケルと鉄の元素過剰を決定し、モデルと観測との一貫性を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高温のDO白色矮星REJ0503−289の光球層にニッケルが存在するか。そのヘリウムに対する相対的過剰はいかほどか？
• RQ2 バルマー線に依存せず、統計的に根拠のあるスペクトルフィッティング手法を用いて、REJ0503−289の有効温度と表面重力加速度はどのようになるか？
• RQ3 REJ0503−289における観測されたFe/Ni過剰比は、ヘリウム豊富な白色矮星における放射力上昇モデルの理論的予測と比較してどうか？
• RQ4 モデル大気計算にヘリウム、炭素、酸素を越える重い元素を含めることで、導出される有効温度にどの程度の影響があるか？
• RQ5 自己一貫的で深さに依存するモデル大気は、REJ0503−289における観測された過剰異常、特に低鉄過剰を説明できるか？

主な発見

• 高温のDO白色矮星における光球層ニッケルの初回直接検出が確認され、過剰はNi/He = 10⁻⁵であった。
• 鉄の過剰は上限値としてFe/He < 10⁻⁶で制約され、これはH豊富な白色矮星と比較してFe/Ni比が10倍も低いことを示唆している。
• 2つの独立した非局所熱平衡（non-LTE）モデル大気コードがT_effとlog gについて一貫した結果をもたらし、導出された大気パラメータの信頼性を裏付けた。
• ヘリウム、炭素、酸素を越える元素をモデル計算に含めることで、導出される有効温度に系式的な低下が生じ、標準的分析における潜在的誤差の主要因であることが浮き彫りになった。
• 観測された鉄の過剰は、放射力上昇モデルの予測値よりも2桁も低く、現在の理論的取り扱いに欠陥がある可能性を示唆している。
• DO白色矮星の自己一貫的かつ層状のモデル大気は、観測スペクトルを適切に再現できず、現在のモデルがヘリウム豊富星における過剰異常を説明するのに不十分であることを示している。