[論文レビュー] The solar photospheric abundance of europium. Results from CO5BOLD 3-D hydrodynamical model atmospheres

A. Mucciarelli, E. Caffau+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2008

Astro and Planetary Science参考文献 19被引用数 25

ひとこと要約

本研究では、CO5BOLD 3D流体力学的モデル大気を用いて太陽の光球層における europium の含有量を再評価し、1D モデルと比較した。3D補正を施した太陽の europium 含有量は A(Eu) = 0.518 ± 0.024 dex であり、1D 確定値と非常に良好に一致しており、太陽型星における europium に対しては 3D 効果が無視できることが結論づけられた。全テスト線およびモデルにおいて、補正値は ±0.01 dex 未満であった。

ABSTRACT

Context. Europium is an almost pure r-process element, which may be useful as a reference in nucleocosmochronology. Aims. To determine the photospheric solar abundance using CO5BOLD 3-D hydrodynamical model atmospheres. Methods. Disc-centre and integrated-flux observed solar spectra are used. The europium abundance is derived from the equivalent width measurements. As a reference 1D model atmospheres have been used, in addition. Results. The europium photospheric solar abundance is 0.52 +- 0.02 in agreement with previous determinations. We also determine the photospheric isotopic fraction of Eu(151) to be 49 % +- 2.3 % from the intensity spectra and 50% +-2.3 from the flux spectra. This compares well to the the meteoritic isotopic fraction 47.8%. We explore the 3D corrections also for dwarfs and sub-giants in the temperature range ~5000 K to ~6500 K and solar and 1/10--solar metallicities and find them to be negligible for all the models investigated. Conclusions. Our photospheric Eu abundance is in good agreement with previous determinations based on 1D models. This is in line with our conclusion that 3D effects for this element are negligible in the case of the Sun.

研究の動機と目的

• 最新の 3D 流体力学的モデル大気を用いて、太陽の光球層における europium の含有量を特定すること。
• 特に従来の 1D モデルと比較して、3D 大気効果が導出される europium 含有量に与える影響を評価すること。
• 核宇宙化学年代測定や r-過程研究に重要な元素である europium に対して、3D モデルの信頼性を評価すること。
• 太陽スペクトルから導出される同位体比を隕石値と比較し、分析の妥当性を検証すること。
• 特に 5000–6500 K の温度範囲において、太陽および太陽金属量の星における europium に対して 3D 補正が顕著であるかどうかを検討すること。

提案手法

• 太陽光球層をモデル化するために、25 個の時間的・空間的に解像されたスナップショットを用いた CO5BOLD 3D 流体力学的シミュレーションを実施した。
• 高分解能・高信噪比の太陽スペクトル（円盤中心強度および全フラックス観測）を用い、SYNTHE コードによるスペクトル合成を実行した。
• 3D CO5BOLD モデルおよび複数の 1D リファレンスモデル（ATLAS9、Holweger & Müller、LHD）を用いて、europium 線の等価幅を計算し、含有量を導出した。
• 線解析において、非局所熱平衡（NLTE）効果および超微細構造の補正を適用した。
• 動的効果を分離するために、3D 結果と 3D 平均化および 1D モデル（LHD および ATLAS9 を含む）を比較し、3D 補正を計算した。
• スペクトル線強度比を用いて 151Eu の同位体分率を決定し、隕石値（47.8%）と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3D 流体力学的モデル大気を用いて導出された太陽の光球層における europium 含有量は何か？
• RQ2 標準的な 1D モデルと比較して、3D 大気効果は導出される europium 含有量にどのように影響を与えるか？
• RQ3 特に 5000–6500 K の温度範囲および太陽金属量および 1/10 太陽金属量の星において、太陽型星における europium に対して 3D 補正は顕著か？
• RQ4 太陽スペクトルから導出された 151Eu/153Eu 同位体比は、隕石値とどのように一致するか？
• RQ5 異なる 1D リファレンスモデル（例：LHD と ATLAS9）が、3D モデル化の文脈で導出される europium 含有量に与える影響はどの程度か？

主な発見

• 3D補正を施した太陽の光球層における europium 含有量は、フラックスおよび強度スペクトルの平均をとることで A(Eu) = 0.518 dex（標準偏差 0.024）に決定された。
• 水平方向の温度フラクチュエーションを表す 3D-⟨3D⟩ 補正は、フラックススペクトルでは –0.009 dex（σ = 0.016）、強度スペクトルでは 0.010 dex（σ = 0.003）と無視できるほど小さかった。
• 同じ状態方程式および透過率を用いた 1D モデル（LHD）と比較した 3D–1D_LHD 補正も無視できるもので、フラックススペクトルでは平均 0.004 dex（σ = 0.013）、強度スペクトルでは 0.021 dex（σ = 0.004）であった。
• 強度スペクトルから測定した 151Eu の同位体分率は 49% ± 2.3%、フラックススペクトルからは 50% ± 2.3% であり、隕石値（47.8%）と非常に良好に一致した。
• 太陽および 1/10 太陽金属量の星を含む、全テストモデルおよび金属量において、europium の 3D 補正は無視できるほど小さかった。特に 5000–6500 K の温度範囲で同様の結果が得られた。
• 本研究では、3D 効果が太陽の europium 含有量を顕著に変化させないことが確認され、従来の 1D 確定値を支持するとともに、太陽型星におけるこの元素の 1D モデルの使用が妥当であることを裏付けた。