[論文レビュー] The photospheric abundances of active binaries III. Abundance peculiarities at high activity level

T. Morel, G. Micela+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 15

ひとこと要約

本研究は、8つのシングルライン活性連星におけるリチウムを含む13元素の高分解能スペクトルを分析し、先行データと統合することで、高星活動と関連する異常な元素比の特徴を調査する。活性星では、特にβ-触媒反応に寄与する元素の過剰蓄積や、色から推定した温度との不一致が見られ、これは寒冷スポットの被覆や非局所熱平衡（non-LTE）効果によるものとされ、K型活性星における標準的な元素比分析の妥当性に疑問を呈する。

ABSTRACT

We report the determination from high-resolution spectra of the atmospheric parameters and abundances of 13 chemical species (among which lithium) in 8 single-lined active binaries. These data are combined with our previous results for 6 other RS CVn systems to examine a possible relationship between the photospheric abundance patterns and the stellar activity level. The stars analyzed are generally found to exhibit peculiar abundance ratios compared to inactive, galactic disk stars of similar metallicities. We argue that this behaviour is unlikely an artefact of errors in the determination of the atmospheric parameters or non-standard mixing processes along the red giant branch, but diagnoses instead the combined action of various physical processes related to activity. The most promising candidates are cool spot groups covering a very substantial fraction of the stellar photosphere or NLTE effects arising from nonthermal excitation. However, we cannot exclude the possibility that more general shortcomings in our understanding of K-type stars (e.g. inadequacies in the atmospheric models) also play a significant role. Lastly, we call attention to the unreliability of the (V-R) and (V-I) colour indices as temperature indicators in chromospherically active stars.

研究の動機と目的

• 8つのシングルライン活性連星におけるリチウムを含む13元素の光球層元素比を、高分解能分光法を用いて決定すること。
• 活性連星に見られる元素比の異常な特徴が、大気パラメータの決定における系統的誤差か、標準的でない混合過程に起因するかを評価すること。
• (V-R)および(V-I)色指数が、クロモスフィア的に活性な星において温度指標としてどれほど信頼できるかを評価すること。
• 光球層元素比のパターンと星の活動レベルとの関連、特に赤巨星分支の進化の文脈における関係を調査すること。
• K型活性星における観測された元素比の異常を引き起こす要因として、非局所熱平衡（non-LTE）効果や大気モデルの限界が寄与しているかどうかを特定すること。

提案手法

• 分解能R ≈ 48,000で3600–9200 ÅをカバーするFORS2装置を用いた、チリ共和国ラ・シリヤに設置されたESO 2.2m望遠鏡による高分解能分光法の観測。
• Fe IおよびFe IIのイオン化平衡と励起平衡を用いて、大気パラメータ（Teff、log g、[Fe/H]、微乱乱速度）を決定した。
• 中性種およびイオン種の成長曲線解析を用いて元素比を計算し、必要に応じて非局所熱平衡（non-LTE）補正を施した。
• 活動レベルは、$R'_{ m HK}$、$R_{ m X}$、および光度変動の波動幅（$\Delta V_{\rm wave}$）を用いて定量化し、元素比の異常と相関をとった。
• (V-R)および(V-I)色指数が温度指標として信頼できるかを検証するため、分光的に導出されたTeffと比較した。
• 活動的でない同スペクトル型の星を対照群として用い、活動性に起因する影響を分離するため、統計的比較を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 金属量が類似したフィールドディスク星と比較して、活性連星の光球層元素比パターンは、系統的にそれとは異なるか？
• RQ2 活性連星に観測された元素比の異常は、大気パラメータの決定誤差か、標準的でない混合過程に起因するか？
• RQ3 寒冷スポット群や非局所熱平衡（non-LTE）効果が、高活動星における観測された元素比異常をどれほど説明できるか？
• RQ4 クロモスフィア的に活性な星において、(V-R)および(V-I)色指数は温度指標としてどれほど信頼できるか？
• RQ5 大気モデルの限界や非局所熱平衡（non-LTE）線形成が、K型活性星の導出された元素比パターンに果たす役割は何か？

主な発見

• 活性連星では、鉄に比してほとんどの元素が顕著に過剰蓄積しており、$\alpha$-元素の[X/Fe]値は+0.06から+0.11、バリウムでは最大+0.03の範囲に達する。
• 元素比パターンには活動レベルと系統的な傾向が見られ、特に$R'_{ m HK}$および$R_{ m X}$と相関しており、コアの活動と光球層組成の間の関連を示唆している。
• 寒冷スポットの被覆が、観測された元素比異常を説明する妥当なメカニズムである。これは、元素/鉄比が系統的に高めに推定される傾向と一致しており、データと整合的である。
• (V-R)および(V-I)色指数は、活性星において温度決定に極めて信頼できないことが判明し、しばしば分光的Teffよりも著しく低い値を示す。
• 非局所熱平衡（non-LTE）効果、特に非熱的励起が、ナトリウムやアルミニウムのような元素の異常な元素比を説明する強力な候補であるが、物理的メカニズムは未特定のままである。
• 本研究では、活性連星が主に赤巨星分支の基部に位置しているか、その初期上昇段階にあることが確認され、深層対流、角運動量移動、および強化されたダイナモ活動との関連を支持する。