[논문 리뷰] Analysis of 26 Barium Stars II. Contributions of s-, r- and p-processes in the production of heavy elements

D. M. Allen, B. Barbuy|ArXiv.org|2006. 04. 04.

Nuclear physics research studies참고 문헌 54인용 수 23

한 줄 요약

이 연구는 스펙트로스코픽 데이터를 이용해 26개의 바륨 항성에서 중성자 포획 단계의 s-, r-, p-과정 기여도를 정량화한다. 중성자 포획 단면적과 농도의 곱(σN) 곡선을 이론 모델에 맞추어 분석한 결과, 바륨 항성의 s-과정 주성분이 태양의 동위원소 조성과 밀접하게 일치하며, 중성자 노출도(τ₀)는 0.2에서 0.8 사이로 나타나, AGB 이배성으로부터 질량 이행이 일어난 이중성계 진화 모델을 지지한다.

ABSTRACT

Barium stars show enhanced abundances of the slow neutron capture (s-process) heavy elements, and for this reason they are suitable objects for the study of s-process elements. The aim of this work is to quantify the contributions of the s-, r- and p-processes for the total abundance of heavy elements from abundances derived for a sample of 26 barium stars. The abundance ratios between these processes and neutron exposures were studied. The abundances of the sample stars were compared to those of normal stars thus identifying the fraction relative to the s-process main component. The fittings of the sigmaN curves (neutron capture cross section times abundance, plotted against atomic mass number) for the sample stars suggest that the material from the companion asymptotic giant branch star had approximately the solar isotopic composition as concerns fractions of abundances relative to the s-process main component. The abundance ratios of heavy elements, hs, ls and s and the computed neutron exposure are similar to those of post-AGB stars. For some sample stars, an exponential neutron exposure fits well the observed data, whereas for others, a single neutron exposure provides a better fit. The comparison between barium and AGB stars supports the hypothesis of binarity for the barium star formation. Abundances of r-elements that are part of the s-process path in barium stars are usually higher than those in normal stars,and for this reason, barium stars seemed to be also enriched in r-elements, although in a lower degree than s-elements. No dependence on luminosity classes was found in the abundance ratios behaviour among the dwarfs and giants of the sample barium stars.

연구 동기 및 목표

• 바륨 항성에서 중성자 포획 과정의 s-, r-, p-과정이 중성자 포획 과정에 기여하는 정도를 정량화하는 것.
• 전이된 물질의 동위원소 조성이 태양계 혼합 조성과 일치하는지 σN 곡선 피팅을 통해 평가하는 것.
• s-과정에서의 중성자 노출도(τ₀)를 평가하고, 후 AGB 항성과 비교하여 이중성계 진화 모델을 검증하는 것.
• 광도 계급(주계열성 대 기냥성)이 바륨 항성의 농도 비율에 영향을 미치는지 평가하는 것.
• 이론 예측과 정상 항성 및 AGB 항성의 관측 데이터를 기반으로 한 s-과정 농도 패턴의 일관성 평가

제안 방법

• ESO와 LNA의 데이터를 이용해 26개의 바륨 항성에 대해 스펙트로스코픽 농도 분석을 수행하였으며, 대기 파rameters는 반복적 방법으로 유도하였다.
• 정상 항성의 중성자 포획 과정 농도와의 비교를 통해 s-과정 주성분 기여도를 분리하였다.
• 관측된 σN 곡선(중성자 포획 단면적 × 농도 대 원자 질량 번호)을 다양한 중성자 노출도(τ₀)를 가진 이론 모델에 맞추어 피팅하였다.
• 각 원소의 s-과정 주성분 기여도를 추정하기 위해 태양의 동위원소 조성을 기준으로 하였다.
• 적합도가 우수한 모델 기반으로 단일 노출 모델과 지수 노출 모델을 평가하였다.
• 핵합성 과정과 금속성 농도 경향을 평가하기 위해 농도 비율 [s/Fe], [ls/Fe], [hs/Fe], [hs/ls], τ₀를 계산하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 바륨 항성에서 중성자 포획 과정의 s-, r-, p-과정이 중성자 포획 과정에 기여하는 정도는 각각 얼마인가?
• RQ2 AGB 이배성으로부터 전이된 s-과정 물질의 동위원소 조성이 태양계 혼합 조성과 일치하는가?
• RQ3 바륨 항성에서 s-과정의 중성자 노출도(τ₀) 범위와 행동 양상은 어떻게 되며, 금속성에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ4 바륨 항성의 농도 비율은 s-과정 핵합성 이론 예측과 일치하는가?
• RQ5 이 샘플에서 광도 계급(주계열성 대 기냥성)이 농도 비율에 영향을 미치는가?

주요 결과

• 바륨 항성의 s-과정 주성분이 σN 곡선 피팅 결과 태양의 동위원소 조성과 밀접하게 일치함을 확인하였다.
• 중성자 노출도 τ₀는 0.2에서 0.8 사이로 변동하며, 일부 항성에서는 단일 노출 모델이, 다른 항성에서는 지수 노출 모델이 더 우수한 피팅을 보였다.
• [hs/ls] 대 τ₀ 관계에서 선형 증가 경향을 보였으며, 이는 이론 예측과 일치하며, 이론 곡선보다 분산이 더 작았다.
• 농도 비율 [s/Fe], [ls/Fe], [hs/Fe]는 각각 금속성 범위 내에서 0.45에서 1.6, 0.4에서 1.6, 0.7에서 1.75 사이로 변동하였다.
• 광도 계급(주계열성 대 기냥성)에 따른 농도 비율의 유의미한 의존성은 발견되지 않아, 진화 단계 간 일관성이 있음을 시사하였다.
• Eu, Sm, Gd, Dy 등의 r-원소는 바륨 항성에서 농축되어 있으나, s-원소보다는 덜 농축되어 있으며, 이는 A ≈ 209까지 s-과정 체인에 포함되기 때문이다.