[논문 리뷰] Abundances of light elements in metal-poor stars. III. Data analysis and results

E. Carretta, R. Gratton외 1명|arXiv (Cornell University)|2000. 02. 22.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 4인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 분광법과 향상된 대기 파rameter를 사용하여 금속 빈도가 낮은 필드 항성에서 Fe, C, N, O, Na, Mg 농도에 대한 비-LTE 분석을 수행한다. 금속 빈도가 낮은 항성([Fe/H] < -0.8)에서 산소 과잉 농도가 거의 일정하게 0.46±0.02 dex로 확인되며, 금속 농도와의 강한 경향성이 없고, 혼합되지 않은 항성에서 탄소와 나트륨 농도가 철과 비례함을 발견하여, 보정된 T_eff 척도로 인해 이전에 금속 빈도가 낮은 디스크 주계열 항성에서 탄소 과잉이 있었다는 주장에 도전한다.

ABSTRACT

We present the analysis of an extensive set of new and literature high quality data concerning Fe, C, N, O, Na, and Mg, exploiting the Teff scale determined in Gratton et al. (1996), and the non-LTE abundance corrections computed in Gratton et al. (1999). Results obtained with various abundance indices are discussed and compared. Our non-LTE analysis yields the same O abundances from both permitted and forbidden lines for stars with Teff&gt;4600 K, in agreement with King (1993), but not with other studies using a lower Teff-scale for subdwarfs. However we obtain slightly smaller O abundances for the most luminous metal poor field stars than for fainter stars of similar metallicities, an effect attributed to inadequacies of the adopted model atmospheres (Kurucz 1992, with overshooting) for cool stars. We find a nearly constant O overundance in metal poor stars ([Fe/H]&lt;-0.8), at a mean value of 0.46+-0.02 dex (sigma=0.12, 32 stars), with only a gentle slope with [Fe/H] (~ -0.1); this result is different from the steeper slope recently obtained using OH band in the near UV. If only 'bonafide' unmixed stars are considered, C abundances scale with Fe ones (i.e. [C/Fe]~ 0) down to [Fe/H]~ -2.5. Due to our adoption of a different Teff-scale, we do not confirm the slight C excess in the most metal poor disk dwarfs (-0.8&lt;[Fe/H]&lt;-0.4) found in previous studies. Na abundances scale as Fe ones in the high metallicity regime, while metal-poor stars present a Na underabundance. None of the field stars analyzed belong to the group of O-poor and Na-rich stars observed in globular clusters. Na is deficient with respect to Mg in halo and thick disk stars; within these populations, Na deficiency may be a slow function of [Mg/H]. Solar [Na/Mg] ratios are obtained for thin disk stars.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 분광법을 사용하여 금속 빈도가 낮은 필드 항성에서 경량 원소(C, N, O, Na, Mg, Fe)의 정확한 농도를 결정하는 것.
• 비-LTE 보정과 향상된 효과적 온도 척도가 농도 결정에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 이전 연구에서 금속 빈도가 낮은 디스크 주계열 항성에서 탄소 과잉에 대한 불일치를 해결하는 것.
• 금속 농도와 항성 유형에 따른 산소, 탄소, 나트륨, 마그네슘 농도의 행동을 검토하는 것.
• 일致되고 고품질의 농도 데이터를 기반으로 향후 은하 화학 진화 모델링을 위한 기초를 마련하는 것.

제안 방법

• 19개의 새로운 항성에 대한 고해상도, 고신호대비잡음비 스펙트럼 분석과 문헌 상 등가폭의 보완.
• 모든 원소에 대해 Gratton 등(1996a)의 T_eff 척도와 Gratton 등(1999a)의 비-LTE 보정을 사용.
• 오버슈팅을 고려한 Kurucz 모델 대기로 항성 구조 모델링에 활용.
• 다양한 스펙트럼 선과 지수(예: 금지선 및 허용선 O)를 통한 농도 결과 비교로 일관성 확보.
• 비-LTE 보정을 철, 탄소, 질소, 산소, 나트륨, 마그네슘 선에 적용하여 局부 열역학 평형에서의 이탈 보정.
• 이전 연구(예: Gratton 등 1999b, Fuhrmann 1998)와의 통계적 비교를 통해 체계적 차이 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 더 높은 T_eff 척도 사용이 금속 빈도가 낮은 디스크 주계열 항성에서 탄소 농도 측정의 불일치를 해결하는가?
• RQ2 비-LTE 효과를 적절히 고려할 경우, 허용선과 금지선에서 유도된 산소 농도가 일치하는가?
• RQ3 금속 빈도가 낮은 항성에서 [O/Fe]가 [Fe/H]에 따라 어떻게 변화하는가? 이는 OH 밴드를 사용한 이전 추정과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 혼합되지 않은 금속 빈도가 낮은 항성에서 탄소와 나트륨 농도가 철과 비례하는가, 아니면 이전에 보고된 바와 같이 탄소 과잉의 증거가 있는가?
• RQ5 왜 가장 밝은 금속 빈도가 낮은 항성들은 유사한 금속 농도를 가진 더 어두운 항성들보다 약간 낮은 산소 농도를 보이는가?

주요 결과

• T_eff > 4600 K인 항성에서 허용선과 금지선에서 유도된 산소 농도가 일치하여, 비-LTE 분석의 신뢰성을 확인한다.
• 금속 빈도가 낮은 항성([Fe/H] < -0.8)에서 평균 산소 과잉 농도는 0.46±0.02 dex이며, [Fe/H]에 따라 약 -0.1 dex/데크스의 작은 음의 기울기를 보이며, OH 밴드 분석에서 유도된 더 급격한 경향과 모순된다.
• 가장 밝은 금속 빈도가 낮은 필드 항성들은 유사한 금속 농도를 가진 더 어두운 항성들보다 약간 낮은 산소 농도를 보이며, 이는 냉각 항성에 대해 Kurucz 모델에 오버슈팅을 고려한 것이 부족하기 때문으로 기인한다.
• 진정으로 혼합되지 않은 항성에서 탄소 농도는 철 농도와 비례([C/Fe] ≈ 0)하며, [Fe/H] ~ -2.5까지 내림내림, 이는 이전에 금속 빈도가 낮은 디스크 주계열 항성에서 중간 정도의 탄소 과잉이 있었다는 주장과 모순된다.
• 높은 금속 농도 항성에서 나트륨 농도는 철과 비례하지만, 금속 빈도가 낮은 항성에서는 부족한 농도를 보이며, 현장 항성 중에는 궤도 군집에서 관찰된 O가 부족하고 Na가 풍부한 특성과 일치하는 항성이 없다.
• 이 연구와 Gratton 등(1999b) 간의 [Fe/H], [C/Fe], [O/Fe] 평균 차이는 일관된 대기 파rameter를 사용할 경우 매우 작다(±0.05 dex 이내)로, 결과의 강건성을 확인한다.