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

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

Astro and Planetary Science参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、高分解能の太陽スペクトル、高度な3次元流体力学的モデル大気、および必要に応じて非局所熱力学平衡（non-LTE）補正を用いて、銅（Z = 29）からトリウム（Z = 90）までの元素の太陽組成を再評価した。分析により、わずかな例外を除き、非常に正確で一貫性のある組成が得られ、原始的隕石組成とよく一致した。また、再現可能性を確保するための完全なラインリストおよび入力データを含む包括的なデータセットを提供した。

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 (NLTE). 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 (2009), 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）までの中性子捕獲元素の太陽組成を、より高い精度で再評価すること。
• きめの細かいライン選定とデータ品質管理を実施することで、元素組成の決定における統計的および系統的不確実性を低減すること。
• 最新の3次元流体力学的太陽モデル大気を組み込み、必要に応じて非局所熱力学平衡（non-LTE）補正を適用し、物理的現実性を向上させること。
• 太陽系の組成研究の基準として用いられる、最も原始的とされる隕石組成と整合性を保つこと。
• 再現可能性を確保するため、ラインリスト、素子分光学定数、超微細構造定数、および同位体分離値を含む完全で透明なデータセットを提供すること。

提案手法

• 利用可能な最高品質の観測ソースから得られた高分解能太陽スペクトルデータを用いる。
• 太陽大気の状態を1次元モデルよりもよく表現できる最新の3次元流体力学的太陽モデル大気を適用する。
• 各元素について、中性原子（I）および1価イオン（II）のスペクトルラインを用いて、ラインごとの組成分析を実施する。
• 局所熱力学平衡からの逸脱が顕著なラインについては、非局所熱力学平衡（non-LTE）補正を適用する。
• 素子分光学定数、超微細構造定数、同位体分離値の最新値を体系的に評価し、適用する。
• 不確実性を最小限に抑え、最終的な組成決定の妥当性を高めるために、きびしいライン選定基準を導入する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CuからThまでの太陽組成は、最も原始的とされる隕石組成とどのように比較されるか？
• RQ2 3次元モデル大気と非局所熱力学平衡（non-LTE）補正は、1次元-LTEモデルに比べて太陽組成決定の正確性をどの程度向上させるか？
• RQ3 この範囲の太陽スペクトルラインにおいて、最も信頼性が高く一貫性のある素子分光学定数、超微細定数、同位体分離値は何か？
• RQ4 導出された太陽組成と隕石組成との間に系統的な差異があるか。もしあるならば、その原因は何か？
• RQ5 入力パrameterとラインリストを完全に文書化した、完全で透明性のある太陽組成データセットを、再現可能性を確保するために作成できるか？

主な発見

• 本研究で得られた太陽組成は、最も原始的とされる隕石組成とよく一致しており、現在の太陽組成ベースラインの信頼性を裏付けた。
• 3次元流体力学的モデル大気の適用により、大気構造や放射輸送に敏感な元素の組成決定がより正確になった。
• 非局所熱力学平衡（non-LTE）補正は、特にイオン種のラインに対して必要であり、太陽光球での過剰なイオン化を是正した。
• 同じ元素の複数のスペクトルラインからの最終的な組成値は一貫しており、内部不確実性が低く、高い信頼性を示した。
• 少数の元素について、太陽組成と隕石組成との間に系統的な差異が認められ、素子分光学定数の値の問題や解像度に達しないラインの重なりが原因である可能性が示唆された。
• 本研究では、詳細な入力データを含む完全な公開ラインリストを提供し、太陽組成分析の再現性と今後のベンチマーク作成を可能にした。