[論文レビュー] The Hamburg/ESO R-process Enhanced Star survey (HERES) X. HE 2252-4225, one more r-process enhanced and actinide-boost halo star

L. Mashonkina, N. Christlieb+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 129被引用数 19

ひとこと要約

本研究では、高分解能VLT/UVESスペクトルを用いて、非常に金属不足の巨星HE 2252–4225の詳細な元素組成分析を実施し、[r/Fe] = +0.80であるr過程強化型のハロー星であることを確認した。この星は、異常に高いTh/Eu比を示し、若年齢の推定値（1.5 ± 1.5 Gyr）を示しており、初期銀河核合成イベントにおける多様なr過程生成物の存在を支持する、アクチニド元素が強化された極めてレアなr-II星のグループに属している。

ABSTRACT

We report on a detailed abundance analysis of the r-process enhanced giant star, HE 2252-4225 ([Fe/H] = -2.63, [r/Fe] = 0.80). Determination of stellar parameters and element abundances was based on analysis of high-quality VLT/UVES spectra. The surface gravity was calculated from the NLTE ionisation balance between Fe I and Fe II. Accurate abundances were determined for a total of 38 elements, including 22 neutron-capture elements beyond Sr and up to Th. This object is deficient in carbon, as expected for a giant star with Teff < 4800 K. The stellar Na-Zn abundances are well fitted by the yields of a single supernova of 14.4 Msun. For the neutron-capture elements in the Sr-Ru, Ba-Yb, and Os-Ir regions, the abundance pattern of HE 2252-4225 is in excellent agreement with the average abundance pattern of the strongly r-process enhanced stars CS 22892-052, CS 31082-001, HE 1219-0312, and HE 1523-091. This suggests a common origin of the first, second, and third r-process peak elements in HE 2252-4225 in the classical r-process. We tested the solar r-process pattern based on the most recent s-process calculations of Bisterzo et al. (2014) and found that elements in the range from Ba to Ir match it very well. No firm conclusion can be drawn about the relationship between the fisrt neutron-capture peak elements, Sr to Ru, in HE 2252-4225 and the solar r-process, due to the uncertainty in the solar r-process. The investigated star has an anomalously high Th/Eu abundance ratio, so that radioactive age dating results in a stellar age of tau = 1.5+-1.5 Gyr that is not expected for a very metal-poor halo star.

研究の動機と目的

• 高分解能分光法を用いて、非常に金属不足の巨星HE 2252–4225の正確な星像パラメータと元素組成を特定すること。
• HE 2252–4225における中性子捕獲元素の起源を調査し、ベンチマークr-II星との組成パターンを比較すること。
• 高いTh/Eu比が星の年齢推定に与える影響とr過程核合成メカニズムへの示唆を評価すること。
• 最近のs過程計算に基づく太陽r過程パターンと照らし合わせて、HE 2252–4225の組成パターンがどの程度一致するかを評価すること。
• [Sr/Eu] < -0.8の基準に基づき、この星がr-IIクラスに属するかどうかを特定すること。これは単一のr過程起源を示唆する。

提案手法

• 星像大気パラメータ（T_eff、log g、[Fe/H]、ξ_t）は、Fe IとFe IIの線の非局所熱力学的平衡（NLTE）におけるイオン化バランスを用いて導出された。
• 分解能R ~ 20,000、4100 ÅにおけるS/N ~ 50/ピクセルの高品質なVLT/UVESスペクトルが、組成分析に用いられた。
• CからThまでの38元素の組成が、合成スペクトルフィッティングおよびラインごとの分析を用いて決定された。
• NLTEイオン化バランス法が表面重力の導出および組成決定の一貫性を確保するために適用された。
• 比較の基準として、最近のs過程計算（Bisterzo et al. 2014）に基づく太陽r過程パターンが用いられた。
• 標準r過程生成物を仮定して、放射性核種年代測定がTh/Eu組成比を用いて実施された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非常に金属不足の巨星HE 2252–4225の正確な星像パラメータと元素組成は何か？
• RQ2 HE 2252–4225における中性子捕獲元素の組成パターンは、他のr-II星と一致するか？これは共通のr過程起源を示唆するか？
• RQ3 HE 2252–4225における高いTh/Eu比は、単一のr過程イベントに起因するものか、それともアクチニド元素の強化生成を示唆するか？
• RQ4 HE 2252–4225におけるBaからIrまでの観測組成パターンは、最近のs過程計算に基づく太陽r過程パターンとどの程度一致するか？
• RQ5 Th/Eu比から導かれた1.5 ± 1.5 Gyrの年齢推定値は、この星の核合成歴史とr過程生成物にどのような示唆をもたらすか？

主な発見

• 星HE 2252–4225のT_eff = 4710 K、log g = 1.65、[Fe/H] = -2.63、ξ_t = 1.7 km s⁻¹は、Fe IとFe IIのNLTEイオン化バランスから導出された。
• 38元素の正確な組成が決定され、各元素のライン間分散が≤ 0.12 dexに抑えられており、測定精度が高いことが示された。
• T_eff < 4800 Kの巨星として想定されるように炭素欠乏型であり、Na–Zn組成パターンは14.4 M☉超新星生成物で良好にフィットした。
• HE 2252–4225におけるSrからIrまでの組成パターンは、r-II星の平均パターンと非常に良好に一致しており、古典的r過程由来の共通の起源を示唆している。
• Ba–Ir組成パターンは、最近のs過程計算（Bisterzo et al. 2014）に基づく太陽r過程パターンと非常によく一致している。
• 異常に高いTh/Eu比は、星の年齢が1.5 ± 1.5 Gyrと推定され、非常に金属不足のハロー星としての期待される年齢とは一致しない。これは、アクチニド元素が強化された星としての分類を確認するものである。