[논문 리뷰] Chemical composition of evolved stars in the open cluster M 67

G. Tautvaišienė, B. Edvardsson외 2명|arXiv (Cornell University)|2000. 05. 31.

Astro and Planetary Science인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 산란성 별이 형성된 열린 성운 M 67의 구형성 별 9개에 대해 고해상도 스펙트로스코픽 분석을 수행하여, 25개 원소의 농도를 측정하여 주계열 이후 혼합 과정을 조사한다. 표면 탄소 농도가 상당히 감소(약 0.2 dex), 질소 농도가 증가(약 0.2 dex), 12C/13C 비율이 감소(구형성 별에서 16±4), 헬륨 핵 폭발 이후 추가 혼합이 일어났음을 시사하며, 중성원소의 농도는 태양과 유사하다.

ABSTRACT

High-resolution spectra of six core helium-burning `clump' stars and three giants in the open cluster M 67 have been obtained with the SOFIN spectrograph on the Nordic Optical Telescope to investigate abundances of up to 25 chemical elements. Abundances of carbon were studied using the C2 Swan (0,1) band head at 5635.5 A. The wavelength interval 7980-8130 A with strong CN features was analysed in order to determine nitrogen abundances and 12C/13C isotope ratios. The oxygen abundances were determined from the [O I] line at 6300 A. The overall metallicity of the cluster stars was found to be close to solar ([Fe/H]=-0.03+-0.03). Compared with the Sun and other dwarf stars of the Galactic disk, as well as with dwarf stars of M 67 itself, abundances in the investigated stars suggest that carbon is depleted by about 0.2 dex, nitrogen is enhanced by about 0.2 dex and oxygen is unaltered. Among other mixing- sensitive chemical elements an overabundance of sodium may be suspected. The mean C/N and 12C/13C ratios are lowered to the values of 1.7+-0.2 and 24+-4 in the giants and to the values of 1.4+-0.2 and 16+-4 in the clump stars. These results suggest that extra mixing of CN-cycled material to the stellar surface takes place after the He-core flash. Abundances of heavy chemical elements in all nine stars were found to be almost identical and close to solar.

연구 동기 및 목표

• 열린 성운 M 67의 진화한 별들에서 25개 화학 원소의 정밀한 표면 농도를 결정하기 위해.
• 헬륨 핵 폭발 이후 내부 혼합 과정이 별 표면 조성에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 헬륨 핵 폭발과 비표준 혼합이 구형성 별과 거대 별에서 탄소, 질소, 산소 농도에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 특히 산소와 철계 원소에 대한 이전 농도 측정치의 모순을 해결하기 위해.
• 관측된 농도 경향을 이론적 별 진화 모델과 비교하여 추가 혼합 이론 모델을 검증하기 위해.

제안 방법

• 고해상도 스펙트럼(R ≈ 30,000–60,000)은 노르딕 천체망원경에 장착된 SOFIN échelle 스펙트로그래프를 사용하여 확보하였다.
• 스펙트럼는 3A 소프트웨어 패키지를 사용하여 처리하였으며, 보정에 대해 보정, 평탄도 보정, 산란광 제거, 오더 추출을 포함하였다.
• 파장 보정은 Th-Ar 비교 스펙트럼을 사용하여 수행하였다.
• 농도는 원자선의 등가폭 측정 및 분자 밴드(예: C2 Swan 5635.5 Å, CN 특징 7980–8130 Å, [O I] 6300 Å)를 기반으로 유도되었다.
• 12C/13C 동위원소 비율은 CN 및 C2 밴드 헤드 강도를 기반으로 결정되었다.
• 농도 분석은 국소 열역학적 평형(LTE)을 가정하고, 별의 물리적 매개변수에 부합하는 모델 대기 구조를 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M 67의 진화한 별들에서 탄소와 질소 농도는 태양과 비진화된 성운 성원에 비해 어느 정도 변화되었는가?
• RQ2 M 67의 구형성 별과 거대 별에서 표면 12C/13C 비율은 얼마이며, 이는 헬륨 핵 폭발 이후 추가 혼합을 시사하는가?
• RQ3 산소 및 기타 α-계 및 철계 원소의 농도는 이들 진화한 별에서 태양 농도와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 나트륨과 알루미늄 농도에 대해 감지 가능한 변동이 있는가, 그리고 이는 핵합성 과정에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 관측된 농도 패턴은 저질량 별의 주계열 이후 혼합 이론 모델을 지지하는가 아니면 반박하는가?

주요 결과

• M 67의 전체 금속성은 태양과 매우 유사하며, [Fe/H] = –0.03 ± 0.03 dex이다.
• 탄소는 약 0.2 dex 감소하였고, 질소는 약 0.2 dex 증가하였으며, 산소는 태양 및 디스크 주계열 별과 비교해 변화가 없었다.
• 거대 별에서 평균 12C/13C 비율은 24 ± 4, 구형성 별에서는 16 ± 4였으며, 혼합에 의한 상당한 동위원소 분리가 일어났음을 시사한다.
• 탄소/질소 비율은 거대 별에서 1.7 ± 0.2, 구형성 별에서 1.4 ± 0.2였으며, 이는 CN 순환 처리와 추가 혼합과 일치한다.
• 나트륨은 과잉 농도를 보였지만, 알루미늄과 산소는 대응하는 반대관계가 없었으며, 이는 산소-수소 순환에서 Na 생성이 MgAl 순환을 완전히 수반하지 않는다는 것을 시사한다.
• 바륨, Rare earth 원소(Ba, La), 실리카, 마그네슘 등 중성원소의 농도는 모두 9개의 별에서 거의 동일했으며 태양 농도와 일치하여, 탄소, 질소, 산소, 나트륨 이외의 핵합성 비정상성은 거의 없음을 시사한다.