[論文レビュー] The solar photospheric abundance of carbon.Analysis of atomic carbon lines with the CO5BOLD solar model

E. Caffau, H.‐G. Ludwig+6 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Feb 12, 2010

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 39被引用数 56

ひとこと要約

本研究では、CO5BOLD 3D流体力学的太陽モデルと非局所熱力学平衡（NLTE）補正（Kielコードを用いて）を用いて、太陽光球層の炭素含有量を再評価した。A(C) = 8.50 ± 0.06 の値が得られ、これは以前の3D解析と比較して約0.1 dex高い値であり、太陽金属量（Z = 0.0154）をヘリオセイズミック制約とよりよく一致させるものである。

ABSTRACT

The use of hydrodynamical simulations, the selection of atomic data, and the computation of deviations from local thermodynamical equilibrium for the analysis of the solar spectra have implied a downward revision of the solar metallicity. We are in the process of using the latest simulations computed with the CO5BOLD code to reassess the solar chemical composition. We determine the solar photospheric carbon abundance by using a radiation-hydrodynamical CO5BOLD model, and compute the departures from local thermodynamical equilibrium by using the Kiel code. We measure equivalent widths of atomic CI lines on high resolution, high signal-to-noise ratio solar atlases. Deviations from local thermodynamic equilibrium are computed in 1D with the Kiel code. Our recommended value for the solar carbon abundance, relies on 98 independent measurements of observed lines and is A(C)=8.50+-0.06, the quoted error is the sum of statistical and systematic error. Combined with our recent results for the solar oxygen and nitrogen abundances this implies a solar metallicity of Z=0.0154 and Z/X=0.0211. Our analysis implies a solar carbon abundance which is about 0.1 dex higher than what was found in previous analysis based on different 3D hydrodynamical computations. The difference is partly driven by our equivalent width measurements (we measure, on average, larger equivalent widths with respect to the other work based on a 3D model), in part it is likely due to the different properties of the hydrodynamical simulations and the spectrum synthesis code. The solar metallicity we obtain from the CO5BOLD analyses is in slightly better agreement with the constraints of helioseismology than the previous 3D abundance results. (Abridged)

研究の動機と目的

• 最新の3D流体力学的シミュレーションとNLTE補正を用いて、太陽光球層の炭素含有量を再評価すること。
• スペクトロスコピックな太陽含有量とヘリオセイズミック制約の間の不一致、特に太陽金属量に関して解決すること。
• 更新された流体力学的モデル（CO5BOLD）と改善された原子データが、炭素含有量の決定に与える影響を評価すること。
• 水素衝突幅減衰処理（S_H = 1/3）と線選択の不確実性が、分析における誤差にどの程度寄与するかを定量化すること。
• スペクトロスコピックな含有量決定と太陽のヘリオセイズミック観測との整合性を高めること。

提案手法

• 中心盤強度および統合ディスクフラックスの高分解能・高信噪比太陽アトラスから、98本の独立したC i線の等価幅を測定した。
• 太陽の大気と放射線伝搬をシミュレートするために、CO5BOLD 3D流体力学的太陽モデルを用いたスペクトル合成を実施した。
• CO5BOLDシミュレーションの1D平均温度構造を背景モデルとして用い、Kielコードを用いて非局所熱力学平衡（NLTE）補正を計算した。
• 水素衝突幅減衰に対して一貫した取り扱いを実施し、先行する太陽含有量研究で支持されたS_H = 1/3 を採用した。
• 統計誤差（0.02 dex）と系統誤差（0.04 dex）の線形和としての合計誤差を評価し、後者は主に水素衝突効率の不確実性に起因した。
• 遷移確率（log gf）の正確な評価のため、NISTデータベースに加え、Bièmont et al. (1993) および Asplund et al. (2005a) の補足資料を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CO5BOLD 3D流体力学的モデルとNLTE補正を用いて導かれる太陽光球層の炭素含有量は何か？
• RQ2 この新しい炭素含有量は、以前の3Dベースの決定値と比較してどう異なるか？また、古典的値 A(C) = 8.52 ± 0.06 と比べてどうか？
• RQ3 CO5BOLDモデルは、以前の3Dモデルと比較して、ヘリオセイズミック制約との整合性をどの程度改善するか？
• RQ4 流体力学的モデルの違いと線選択、NLTE処理の違いによる含有量決定の差は、どの程度顕著か？
• RQ5 水素衝突幅減衰パラメータ S_H が最終的な炭素含有量決定に与える影響は何か？

主な発見

• 推奨される太陽炭素含有量は A(C) = 8.50 ± 0.06 であり、誤差は統計誤差（0.02 dex）と系統誤差（0.04 dex）の線形和である。
• この値は、Asplund et al. (2005a) らの以前の3Dベースの決定値よりも約0.1 dex高く、古典的値 8.52 ± 0.06 に近い。
• この炭素含有量から導かれる太陽金属量は、最近の酸素および窒素含有量と組み合わせて Z = 0.0154 であり、Z/X = 0.0211 である。これは Asplund et al. (2005b) の Z = 0.0122 よりも高い値である。
• ヘリオセイズミック制約との改善された整合性は、CO5BOLDモデルとこの含有量決定が、太陽の内部構造をよりよく再現している可能性を示唆している。
• 本研究と以前の3D解析との間の含有量決定の差は、主に等価幅の測定値が大きくなったことと、流体力学的モデルおよびスペクトル合成コードの違いによるものである。
• 水素衝突幅減衰（S_H）の不確実性は、合計誤差のうち約0.08 dexにしか寄与せず、これはS_Hの妥当な値の範囲内で結果が安定していることを示している。