[論文レビュー] The elemental composition of the Sun II. The iron group elements Sc to Ni

Pat Scott, M. Asplund+3 more|arXiv (Cornell University)|May 1, 2014

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 170被引用数 13

ひとこと要約

本研究は、3次元流体力学的太陽大気モデル、非局所熱力学平衡（NLTE）補正、および高精度分光データを用いて、スカンジウムからニッケルまでの鉄族元素の太陽中量を再分析した。改訂された太陽中量は精度が向上し、炭素含有コンドライト隕石を除き、ScおよびVにわずかな不一致を除いて良好な一致を示し、天体物理学的モデル化における太陽光球中量の信頼性が著しく向上した。

ABSTRACT

We redetermine the abundances of all iron group nuclei in the Sun, based on neutral and singly-ionised lines of Sc, Ti, V, Mn, Fe, Co and Ni in the solar spectrum. We employ a realistic 3D hydrodynamic model solar atmosphere, corrections for departures from local thermodynamic equilibrium (NLTE), stringent line selection procedures and high quality observational data. We have scoured the literature for the best quality oscillator strengths, hyperfine constants and isotopic separations available for our chosen lines. We find $\log ε_\mathrm{Sc}=3.16\pm0.04$, $\log ε_\mathrm{Ti}=4.93\pm0.04$, $\log ε_\mathrm{V}=3.89\pm0.08$, $\log ε_\mathrm{Cr}=5.62\pm0.04$, $\log ε_\mathrm{Mn}=5.42\pm0.04$, $\log ε_\mathrm{Fe}=7.47\pm0.04$, $\log ε_\mathrm{Co}=4.93\pm0.05$ and $\log ε_\mathrm{Ni}=6.20\pm0.04$. Our uncertainties factor in both statistical and systematic errors (the latter estimated for possible errors in the model atmospheres and NLTE line formation). The new abundances are generally in good agreement with the CI meteoritic abundances but with some notable exceptions. This analysis constitutes both a full exposition and a slight update of the preliminary results we presented in Asplund, Grevesse, Sauval & Scott (arXiv:0909.0948), including full line lists and details of all input data we employed.

研究の動機と目的

• 最新の3次元太陽大気モデルを用いることで、鉄族元素ScからNiの太陽光球中量の精度を向上させること。
• 中性および一価イオン線に対する非局所熱力学平衡（NLTE）補正を組み込むことで、中量決定における系統的不確実性を低減すること。
• 高品質な観測データと一貫した原子パラメータを用いることで、光球中量と隕石中量の不一致を是正すること。
• 今後の太陽中量研究のための包括的かつ最新のラインリストおよび入力データを提供すること。

提案手法

• 太陽対流および温度構造を現実的に再現するため、3次元流体力学的太陽大気モデル（Stellar Atmosphere Models）を用いる。
• 非局所熱力学平衡（NLTE）補正をスペクトル線形成に適用し、電離および励起過程におけるLTEからの逸脱を考慮する。
• 高分解能・高信号対雑音比の太陽スペクトルを用いてラインプロファイルを抽出し、スペクトル合成を実行する。
• 混合や雑音の寄与を最小限に抑えるため、厳密な基準を用いてライン選択を実施する。
• 文献から得た最も正確な遷移確率、超微細構造定数、同位体分離エネルギーを統合する。
• 統計誤差とモデル大気およびNLTE線形成の変動に起因する系統的推定値を組み合わせて不確実性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最新の3次元モデルとNLTE補正を用いた場合、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケルの太陽光球中量の最も正確な値は何か？
• RQ2 新しい中量は、1次元モデルや従来のコンピレーションから得られた値とどのように比較されるか？
• RQ3 新しい中量は、炭素含有コンドライト隕石の値とどの程度一致するか？
• RQ4 NLTE効果が太陽光球における鉄族元素の導出中量に及ぼす影響はいかほどか？
• RQ5 モデル大気および原子データの不確実性が、最終的な中量推定値にどのように伝搬されるか？

主な発見

• スカンジウムの中量は、log ε(Sc) = 3.16 ± 0.04 と改訂され、以前の推定値よりわずかに上昇した。
• チタンの中量は log ε(Ti) = 4.93 ± 0.04 と決定され、隕石中量と良好に一致した。
• バナジウムの中量は log ε(V) = 3.89 ± 0.08 であり、ライン混合およびNLTE効果のため、より大きな不確実性を示した。
• クロムの中量は log ε(Cr) = 5.62 ± 0.04 であり、隕石中量と一致し、従来の高精度研究とも整合した。
• マンガンの中量は log ε(Mn) = 5.42 ± 0.04 であり、隕石データと良好に一致した。
• 鉄の中量は log ε(Fe) = 7.47 ± 0.04 であり、精度が向上したが、標準値が確認された。
• コバルトの中量は log ε(Co) = 4.93 ± 0.05 であり、不確実性の主な要因は原子データおよびNLTE効果であった。
• ニッケルの中量は log ε(Ni) = 6.20 ± 0.04 であり、隕石中量と非常に良好に一致した。