[論文レビュー] The Hamburg/ESO R-process Enhanced Star survey (HERES) IV. Detailed abundance analysis and age dating of the strongly r-process enhanced stars CS 29491-069 and HE 1219-0312

Wolfgang Hayek, U. Wiesendahl+9 more|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 74被引用数 46

ひとこと要約

本研究では、VLT/UVESの高分解能スペクトルとMARCSモデル大気を用いて、2つの強力なr過程増強、非常に金属貧困星（CS 29491-069およびHE 1219-0312）の詳細な元素分佈分析を実施した。両星の重元素パターンは、スケーリングされた太陽残留分佈と高エントロピー風（HEW）r過程モデルとよく一致しているが、HE 1219-0312ではトリウムと重元素の過剰が見られ、放射性崩壊年代測定が失敗しており、これは『アクチニド類の増強』の可能性を示唆している。

ABSTRACT

We report on a detailed abundance analysis of two strongly r-process enhanced, very metal-poor stars newly discovered in the HERES project, CS 29491-069 ([Fe/H]=-2.51, [r/Fe]=+1.1) and HE 1219-0312 ([Fe/H]=-2.96, [r/Fe]=+1.5). The analysis is based on high-quality VLT/UVES spectra and MARCS model atmospheres. We detect lines of 15 heavy elements in the spectrum of CS 29491-069, and 18 in HE 1219-0312; in both cases including the Th II 4019 Å line. The heavy-element abundance patterns of these two stars are mostly well-matched to scaled solar residual abundances not formed by the s-process. We also compare the observed pattern with recent high-entropy wind (HEW) calculations, which assume core-collapse supernovae of massive stars as the astrophysical environment for the r-process, and find good agreement for most lanthanides. The abundance ratios of the lighter elements strontium, yttrium, and zirconium, which are presumably not formed by the main r-process, are reproduced well by the model. Radioactive dating for CS 29491-069 with the observed thorium and rare-earth element abundance pairs results in an average age of 9.5 Gyr, when based on solar r-process residuals, and 17.6 Gyr, when using HEW model predictions. Chronometry seems to fail in the case of HE 1219-0312, resulting in a negative age due to its high thorium abundance. HE 1219-0312 could therefore exhibit an overabundance of the heaviest elements, which is sometimes called an "actinide boost".

研究の動機と目的

• 新たに発見されたr過程増強、非常に金属貧困星における重元素の詳細な分佈パターンを特定すること。
• 極度のr過程増強を示す星において、Th/Eu年代測定器の信頼性を評価すること。
• 観測された分佈比を、高エントロピー風（HEW）モデルからの理論的r過程生成量と比較すること。
• HE 1219-0312のような星における、特に第3のr過程ピーク（アクチニド類）の重元素の増強の天体物理学的起源を調査すること。
• 異なる元素対からの年齢推定値の乖離が、星間年代測定の信頼性に与える影響を評価すること。

提案手法

• CS 29491-069およびHE 1219-0312に対して、高分解能・高信号対雑音比のVLT/UVESスペクトルを取得した。
• MARCSモデル大気を用いて、CS 29491-069では15元素、HE 1219-0312では18元素の詳細な分光的元素分佈分析を実施した。Th II（4019 Å）を含む。
• 観測された分佈比を、太陽残留分佈と高エントロピー風（HEW）r過程モデルからの理論的生成量と比較した。
• 太陽r過程残留分佈とHEWモデル予測に基づき、232Th（τ₁/₂ = 14.05 Gyr）とEu、Ceのペアを用いた放射性崩壊年代を計算した。
• 特にSr、Y、Zrおよびランタニド類について、観測分佈がHEWモデル予測とどの程度一致するかを評価した。
• 232Thの崩壊に基づく年代測定を用いて、複数の元素対から年齢推定値を導出し、信頼性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CS 29491-069およびHE 1219-0312の観測分佈パターンは、特に第3ピーク（アクチニド類）におけるr過程の予測生成量と一致するか？
• RQ2 なぜHE 1219-0312ではTh/Eu年代測定器が失敗し、負の年齢推定値が得られるのか？
• RQ3 最近の高エントロピー風（HEW）r過程モデルは、これらの星における重元素分佈比をどの程度よく再現できるか？
• RQ4 異なる元素対からの年齢推定値の乖離は、r-II星における核時計測定の信頼性にどのような含意を持つのか？
• RQ5 最も重いr過程生成元素（例：Th、U）の選択的過剰生成は、『アクチニド類の増強』を示唆するような、別個の天体物理学的環境やプロセスを示唆するのか？

主な発見

• CS 29491-069の分佈パターンは、スケーリングされた太陽残留分佈とHEWモデル予測の両方と、大多数のランタニド類についてよく一致している。
• HE 1219-0312は、トリウムと重元素の著しい過剰を示しており、Th/Euペアを用いた年代測定では負の年齢推定値が得られ、『アクチニド類の増強』の可能性を示唆している。
• 太陽r過程残留分佈を用いた放射性年代測定では、CS 29491-069の平均年齢は9.5 Gyrであったが、HEWモデル予測では17.6 Gyrであった。
• HEWモデルはSr、Y、Zrの観測比をよく再現しているが、絶対分佈量を過剰に予測しており、これは不完全な噴出または再落下の可能性を示唆している。
• HE 1219-0312におけるPd分佈の不一致は、不完全な噴出または複数の超新星タイプからの寄与の可能性をさらに支持する。
• 異なる元素対からの年齢推定値の大きな散らばりは、星間年代測定が信頼できるものであるためには、複数の分佈比に依存しなければならないことを確認している。