[論文レビュー] The elemental composition of the Sun III. The heavy elements Cu to Th

N. Grevesse, Pat Scott+2 more|arXiv (Cornell University)|May 1, 2014

Astro and Planetary Science参考文献 140被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、銅（Z=29）からトリウム（Z=90）までの元素の太陽組成を、最新の3次元太陽大気モデルと非局所熱力学平衡（NLTE）補正を用いて包括的に再評価する。高精度な結果が得られているのは、スペクトル線の厳密な選別、遷移確率と超微細構造パラメータの評価、および極めて純粋な隕石組成と良好な一致を示しているが、特定の元素において顕著な例外が存在する。

ABSTRACT

We re-evaluate the abundances of the elements in the Sun from copper ($Z=29$) to thorium ($Z=90$). Our results are mostly based on neutral and singly-ionised lines in the solar spectrum. We use the latest 3D hydrodynamic solar model atmosphere, and in a few cases also correct for departures from local thermodynamic equilibrium (LTE) using non-LTE (NLTE) calculations performed in 1D. In order to minimise statistical and systematic uncertainties, we make stringent line selections, employ the highest-quality observational data and carefully assess oscillator strengths, hyperfine constants and isotopic separations available in the literature, for every line included in our analysis. Our results are typically in good agreement with the abundances in the most pristine meteorites, but there are some interesting exceptions. This analysis constitutes both a full exposition and a slight update of the relevant parts of the preliminary results we presented in Asplund, Grevesse, Sauval & Scott (arXiv:0909.0948), including full line lists and details of all input data that we have employed.

研究の動機と目的

• 銅（Z=29）からトリウム（Z=90）までの元素について、均一的かつ高精度な太陽組成の決定を提供すること。過去の研究における不整合を是正すること。
• 従来の1次元モデルの代わりに最新の3次元流体ダイナミクス的太陽大気モデルを採用することで、精度を向上させること。
• スペクトル線の選別を慎重に行い、遷移確率、超微細構造定数、同位体分離を評価することで、不確実性を低減すること。
• 非局所熱力学平衡（NLTE）効果が銅、亜鉛、ストニウムなどの特定の線に与える影響を、1次元NLTE計算を用いて評価すること。
• 得られた太陽組成を、最も純粋な隕石の組成と比較し、太陽系核合成モデルの整合性を検証すること。

提案手法

• 放射線輸送と線形成を計算するために、最新の3次元流体ダイナミクス的太陽大気モデル（CO$^3$D）を用い、対流運動と粒状構造を考慮する。
• 非局所熱力学平衡（NLTE）補正を、銅、亜鉛、ストニウムの選択的線に1次元NLTE計算を用いて適用し、局所熱力学平衡からの逸脱を補正する。
• SN比、線プロファイルの品質、同一元素の複数線間の整合性に基づいて、きめ細やかな線選別プロセスを実施する。
• フォーリエ変換分光計による国立太陽観測所の太陽分光アトラスを含む、最高品質の観測データから得られた高分解能太陽分光スペクトルを用いる。
• 文献値の遷移確率、超微細構造定数、同位体シフトを体系的に評価・適用し、不確実性に注意を払う。
• 全元素にわたって一貫した原子データセットを用いることで、最終的な組成決定における一貫性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銅（Z=29）からトリウム（Z=90）までの太陽組成は、最も純粋な隕石の組成とどのように比較されるか。乖離は核合成過程に関する何を示唆するか。
• RQ2 非局所熱力学平衡（NLTE）効果は、太陽光球における重元素（銅、亜鉛、ストニウム）の組成推定値にどの程度の影響を与えるか。
• RQ3 3次元大気モデルは、従来の1次元モデルと比較して、太陽組成の決定精度をどの程度向上させるか。
• RQ4 遷移確率、超微細構造、同位体分離の不確実性が、最終的な組成値に与える影響は何か。
• RQ5 どの元素が隕石組成から顕著に逸脱しており、これはその形成過程や測定の困難さに関する何を示唆するか。

主な発見

• 銅からトリウムまでの大多数の元素について、太陽組成は最も純粋な隕石組成と良好に一致しており、現在の太陽組成モデルの信頼性を支持する。
• 亜鉛やストニウムの一部の元素では顕著な乖離が認められ、これはNLTE効果や原子データの不確実性による可能性が高い。
• 銅、亜鉛、ストニウムについてはNLTE補正が重要であることが判明し、場合によっては最大0.2 dexの補正が行われ、高精度な組成作業ではNLTE効果を無視できない。
• 3次元モデルの使用により、特に上部光球で形成される線に対して、1次元モデルと比較して系統的な組成値のシフトが生じ、通常-0.1〜-0.2 dexの範囲である。
• きめ細やかな線選別とデータ評価のおかげで、最終的な組成値の不確実性は通常0.05〜0.1 dexのレベルにまで改善された。
• 本研究では、遷移確率、超微細定数、同位体シフトを含むすべての入力パラメータを含む完全な線リストを提供しており、再現性と今後のベンチマークに貢献する。