[논문 리뷰] Barium abundance in red giants of NGC 6752. Non-local thermodynamic equilibrium and three-dimensional effects

V. Dobrovolskas, A. Kučinskas외 6명|arXiv (Cornell University)|2012. 03. 14.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 44인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 구형별 NGC 6752의 20개 적색거성에서 바륨(Ba II) 선 형성에 대한 비국소 열역학적 평형(NLTE) 및 3차원(3D) 대기 효과를 조사한다. 1D LTE, 1D NLTE 및 3D LTE 모델 대기를 사용하여, NLTE 효과가 평균 [Ba/Fe]를 0.24 dex(1D LTE)에서 0.05 dex(1D NLTE)로 크게 감소시키는 것으로 나타났으며, 3D 보정은 상반된 기여 요소의 상쇄로 인해 작게 나타나 (+0.05 dex) 최종 3D+NLTE [Ba/Fe]는 0.10 dex로 도출되었으며, 별 간의 본질적 농도 분포는 관측되지 않았다.

ABSTRACT

(Abridged) Aims: We study the effects related to departures from non-local thermodynamic equilibrium (NLTE) and homogeneity in the atmospheres of red giant stars in Galactic globular cluster NGC 6752, to assess their influence on the formation of Ba II lines. Methods: One-dimensional (1D) local thermodynamic equilibrium (LTE) and 1D NLTE barium abundances were derived using classical 1D ATLAS stellar model atmospheres. The three-dimensional (3D) LTE abundances were obtained for 8 red giants on the lower RGB, by adjusting their 1D LTE abundances using 3D-1D abundance corrections, i.e., the differences between the abundances obtained from the same spectral line using the 3D hydrodynamical (CO5BOLD) and classical 1D (LHD) stellar model atmospheres. Results: The mean 1D barium-to-iron abundance ratios derived for 20 giants are _{1D NLTE} = 0.05 \pm0.06 (stat.) \pm0.08 (sys.). The 3D-1D abundance correction obtained for 8 giants is small (~+0.05 dex), thus leads to only minor adjustment when applied to the mean 1D NLTE barium-to-iron abundance ratio for the 20 giants, _{3D+NLTE} = 0.10 \pm0.06(stat.) \pm0.10(sys.). The intrinsic abundance spread between the individual cluster stars is small and can be explained in terms of uncertainties in the abundance determinations. Conclusions: Deviations from LTE play an important role in the formation of barium lines in the atmospheres of red giants studied here. The role of 3D hydrodynamical effects should not be dismissed either, even if the obtained 3D-1D abundance corrections are small. This result is a consequence of subtle fine-tuning of individual contributions from horizontal temperature fluctuations and differences between the average temperature profiles in the 3D and 1D model atmospheres: owing to the comparable size and opposite sign, their contributions nearly cancel each other.

연구 동기 및 목표

• NGC 6752의 적색거성에서 바륨 농도 측정에 대한 비국소 열역학적 평형(NLTE) 및 3차원(3D) 대기 효과의 영향을 평가하기 위해.
• 이 클러스터의 적색거성 브랜치 별들 사이에 바륨 농도의 본질적 별 간 변동성이 존재하는지 확인하기 위해.
• Ba II 선에 대한 3D–1D 농도 보정의 크기와 그 의미를 대기 모델의 차이를 고려하여 정량화하기 위해.
• 일관된 항성 파arameter와 원자 데이터를 사용하여 1D LTE, 1D NLTE 및 3D LTE 바륨 농도를 비교하기 위해.
• 1D 모델에서 미세 turbulent 속도의 변화가 3D–1D 보정에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 20개의 NGC 6752 적색거성에 대해 고전적 ATLAS9 모델 대기를 사용하여 1D LTE 및 1D NLTE 바륨 농도를 유도하였다.
• 수소역학적 CO 5 BOLD 및 1D LHD 모델 대기를 기반으로 3D–1D 농도 보정을 도출하여, 8개의 하단 적색거성 브랜치 별에 대해 3D LTE 농도를 확보하였다.
• 3D 및 1D 모델에서 동일한 항성 파aram터, 투과도 및 상태 방정식을 사용하여 엄격한 차등 방식으로 3D–1D 보정을 계산하였다.
• 모든 농도 측정 간 일관성을 확보하기 위해 동일한 관측 데이터셋에서 확보한 고해상도 스펙트로스코픽 데이터를 사용하였다.
• 1D 모델에서 미세 turbulent 속도를 변화시켜 3D–1D 보정에 미치는 영향을 평가하기 위해 민감도 테스트를 수행하였다.
• 1D NLTE 및 3D–1D 보정을 통합하여 통계적 및 체계적 불확실성을 고려한 최종 3D+NLTE [Ba/Fe] 농도를 유도하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NLTE 효과는 NGC 6752의 적색거성에서 유도된 바륨-철 농도 비율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 이 별들에 대한 Ba II 선에 대한 3D–1D 농도 보정의 크기와 부호는 무엇인가?
• RQ3 온도 비균일성과 평균 온도 프로파일의 차이로 인한 상반된 기여로 인해 3D 효과가 상쇄되는가?
• RQ4 NGC 6752의 적색거성들 사이에 바륨 농도의 본질적 별 간 분포가 존재하는가?
• RQ5 1D 모델에서 미세 turbulent 속도의 선택에 따라 3D–1D 보정이 얼마나 민감하게 변하는가?

주요 결과

• 20개의 적색거성에 대한 평균 1D LTE [Ba/Fe] 농도 비율은 0.24 ± 0.05 (stat.) ± 0.08 (sys.) dex이다.
• NLTE 보정을 적용한 후 평균 1D NLTE [Ba/Fe] 비율은 0.05 ± 0.06 (stat.) ± 0.08 (sys.) dex로 감소하였다.
• 8개의 하단 적색거성 브랜치 별에 대한 3D–1D 농도 보정은 작게 나타나 평균 +0.05 dex이며, 개별 보정은 –0.03에서 +0.02 dex 사이였다.
• 최종 3D+NLTE [Ba/Fe] 농도 비율은 0.10 ± 0.08 (stat.) ± 0.10 (sys.) dex로 도출되었으며, 1D NLTE 값에서 약간 조정된 정도였다.
• 작은 순수 3D 보정은 상반된 기여 요소의 거의 완전한 상쇄로 인해 발생한다: Δ₃D–⟨₃D⟩ ≈ –0.1 dex 및 Δ⟨₃D⟩–₁D ≈ +0.1 dex로, 선 강도에 따라 달라진다.
• 20개의 적색거성들 사이에 [Ba/Fe]의 본질적 농도 분포는 관측되지 않았으며, 변동성이 측정 불확도와 일치함을 확인하였다.