[論文レビュー] The Hamburg/ESO R-process Enhanced Star survey (HERES). I. Project description, and discovery of two stars with strong enhancements of neutron-capture elements

N. Christlieb, Timothy C. Beers+16 more|University of Hertfordshire Research Archive (University of Hertfordshire)|Aug 21, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 43被引用数 83

ひとこと要約

HERES調査は、VLT/UVESを用いたスナップショット分光法を用いて、金属量が乏しくr過程元素が強化された星を特定した。2つの新しいr-II星、CS 29497–004とCS 29491–069を発見し、それぞれ[Eu/Fe] = 1.64および1.08であった。CS 29497–004の元素組成パターンは、0.3 dexのThの欠乏（放射性崩壊による）を伴うスケーリングされた太陽系r過程パターンと一致した。

ABSTRACT

We report on a dedicated effort to identify and study metal-poor stars strongly enhanced in r-process elements ([r/Fe] > 1 dex; hereafter r-II stars), the Hamburg/ESO R-process Enhanced Star survey (HERES). Moderate-resolution (~2A) follow-up spectroscopy has been obtained for metal-poor giant candidates selected from the Hamburg/ESO objective-prism survey (HES) as well as the HK survey to identify sharp-lined stars with [Fe/H] < -2.5dex. For several hundred confirmed metal-poor giants brighter than B~16.5mag (most of them from the HES), ``snapshot'' spectra (R~20,000; S/N~30 per pixel) are being obtained with VLT/UVES, with the main aim of finding the 2-3% r-II stars expected to be among them. These are studied in detail by means of higher resolution and higher S/N spectra. In this paper we describe a pilot study based on a set of 35 stars, including 23 from the HK survey, 8 from the HES, and 4 comparison stars. We discovered two new r-II stars, CS29497-004 ([Eu/Fe] = 1.64 +/- 0.22) and CS29491-069 ([Eu/Fe] = 1.08 +/- 0.23). A first abundance analysis of CS29497-004 yields that its abundances of Ba to Dy are on average enhanced by 1.5dex with respect to iron and the Sun and match a scaled solar r-process pattern well, while Th is underabundant relative to that pattern by 0.3dex, which we attribute to radioactive decay. That is, CS29497-004 seems not to belong to the class of r-process enhanced stars displaying an ``actinide boost'', like CS31082-001 (Hill et al. 2002), or CS30306-132 (Honda et al. 2004b). The abundance pattern agrees well with predictions of the phenomenological model of Qian & Wasserburg.

研究の動機と目的

• 金属量が乏しくr過程元素が強化された星（[r/Fe] > 1 dex）の特定と研究、特にr-II星を対象とする。
• 大規模な調査を用いて、[Fe/H] < -2.5 dexの金属量領域におけるr-II星の頻度を特定すること。
• 詳細な元素組成解析を通じて、金属量が乏しい星における中性子捕獲元素の核生成起源を調査すること。
• Th/Euや他の同位体比が、r過程強化星における年齢推定のためのクロノメーターとしての可能性を評価すること。
• r-II星が最も多く見つかる金属量の範囲を調査し、特に[Fe/H] ≈ -2.0から-2.5の領域を対象とする。

提案手法

• ハンブルグ/ESOおよびHK調査の金属量が乏しい巨星候補35個に対して、VLT/UVESを用いた中程度分解能（R ~ 20,000）のスナップショット分光法を適用した。
• HESおよびHKの目的プレート調査から、鋭いラインと[Fe/H] < -2.5 dexの星を選別した。
• スナップショット分光スペクトルの初期元素組成解析により、[Eu/Fe]および[Ba/Eu]比に注目してr-Iおよびr-II星を特定した。
• 観測された中性子捕獲元素の組成を比較する基準として、スケーリングされた太陽系r過程パターンを用いた。
• 特にlog ε(Th/Eu)を含む主要な元素比の不確実性を推定するための誤差解析手順を適用した。
• 正確な元素組成と年齢決定のため、高分解能および高S/N比分光法によるフォローアップを計画した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 金属量が乏しい巨星で[Fe/H] < -2.5 dexの星の中におけるr-II星の真の頻度は何か？
• RQ2 完全な高分解能フォローアップが不要な大規模な調査において、スナップショット分光法がr-II星を効果的に特定できるか？
• RQ3 新たに発見されたr-II星の元素組成パターンは、理論的r過程モデルおよび太陽系r過程残渣とどのように比較できるか？
• RQ4 特に不確実性が大きい場合に、Th/Eu比はr-II星において信頼できるクロノメーターとみなせるか？
• RQ5 r-II星が最も多く見つかる金属量の範囲は何か？これは過去の仮定とどのように比較できるか？

主な発見

• 2つの新しいr-II星が発見された：CS 29497–004は[Eu/Fe] = 1.64 ± 0.22、CS 29491–069は[Eu/Fe] = 1.08 ± 0.23であった。
• CS 29497–004の元素組成パターンは、Feおよび太陽系に対してBaからDyまで平均して1.5 dexの強化を示し、スケーリングされた太陽系r過程パターンとよく一致した。
• CS 29497–004におけるトリウム（Th）は、r過程パターンに対して0.3 dexの欠乏を示しており、時間経過に伴う放射性崩壊と整合的であった。
• CS 29497–004は、CS 31082–001やCS 30306–132と同様に「アクチニド・ブースト」を示さないため、特定のアクチニド生成イベントによって強化された星ではないとされた。
• CS 29497–004の[Fe/H] = -2.64 ± 0.12であり、これは従来のr-II星（通常[Fe/H] ≈ -3.0）よりも顕著に金属量が高い。
• スナップショット分光スペクトルのS/N比が限界であるため、log ε(Th/Eu)の不確実性は0.24 dexに達し、この段階ではTh/Euクロノメーターによる有意義な年齢決定は不可能であった。