[논문 리뷰] Galactic Evolution of Oxygen: OH lines in 3D hydrodynamical model atmospheres

J. I. Gónzalez Hernández, P. Bonifacio외 4명|arXiv (Cornell University)|2010. 05. 20.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 24인용 수 22

한 줄 요약

이 논문은 금속 빈도가 낮은 희박한 항성에서 근자외선 OH 및 Fe i 선의 3D-LTE 원소 농도 보정을 계산하기 위해 52개의 3차원 유체역학 모델 대기의 격자를 제시한다. 연구 결과, 3D 보정은 일반적으로 음수이며 뚜렷하게 크며, 최대 -1 dex에 이를 수 있는데, 특히 고온, 고중력, 저금속도 항성에서 두드러진다. 이는 1D-LTE 결과보다 기울기가 낮아진 채로 낮은 금속도로 향해 증가하는 [O/Fe] 경향을 수정한 것이다.

ABSTRACT

The measurement of oxygen lines in metal-poor unevolved stars, in particular near-UV OH lines, can provide invaluable information on the properties of the Early Galaxy. Near-UV OH lines constitute an important tool to derive oxygen abundances in metal-poor dwarf stars. Therefore, it is important to correctly model the line formation of OH lines, especially in metal-poor stars, where 3D hydrodynamical models commonly predict cooler temperatures than plane-parallel hydrostatic models in the upper photosphere. We have made use of a grid of 52 3D hydrodynamical model atmospheres for dwarf stars computed using the code CO5BOLD, extracted from the more extended CIFIST grid. The 52 models cover the effective temperature range 5000-6500K, the surface gravity range 3.5-4.5 and the metallicity range -3

연구 동기 및 목표

• 선형 형성에서 3D 대기 효과를 고려하여 금속 빈도가 낮은 허브-드워프 항성에서 산소 농도를 보다 정확히 결정하기 위해.
• 특히 근자외선 OH 선과 금속 없는 O i 선 간의 [O/Fe] 경향 차이를 해결하기 위해.
• 3D 모델가 1D 모델보다 상부 대기 온도가 낮게 예측하는 금속 빈도가 낮은 항성에서 OH 및 Fe i 선에 대한 3D-LTE 농도 보정을 정량화하기 위해.
• 3D 보정이 은하 [O/Fe] 진화 경향, 특히 인구 II 항성의 맥락에서 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 향후 3D-NLTE 연구를 위한 기초를 마련하기 위해 다양한 항성 파rameter 범위에서 OH 및 Fe i 선에 대한 3D-LTE 보정 격자를 제공하기 위해.

제안 방법

• CO5BOLD 코드로 계산된 52개의 3D 유체역학 모델 대기를 사용하여, T_eff 5000–6500 K, log g 3.5–4.5, [Fe/H] -3에서 0까지의 범위를 커버한다.
• 3D 모델 대기를 사용하여 다양한 이완 잠재력을 가진 몇몇 OH 선과 Fe i 선에 대한 3D-LTE 농도 보정을 계산한다.
• Israelian 등 (1998, 2001), Boesgaard 등 (1999), González Hernández 등 (2008)의 관측된 금속 빈도가 낮은 듀얼드워프 항성의 항성 파rameter(T_eff, log g, [Fe/H])에 맞추어 3D-LTE 보정을 보간한다.
• 3D Fe i 농도에 1D-NLTE 보정을 적용하여 3D 및 NLTE 효과가 [O/Fe] 비율에 미치는 통합 효과를 평가한다.
• 보간된 보정을 사용하여 수정된 3D-NLTE [O/Fe] 비율을 유도하고, 1D-LTE 경향과 비교한다.
• 효과 온도, 표면 중력, 금속도와 같은 항성 파rameter에 대한 보정의 민감도를 평가하고, 표준편차의 제곱합을 통해 불확도를 고려한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 3D 유체역학 모델 대기는 금속 빈도가 낮은 듀얼드워프 항성에서 근자외선 OH 및 Fe i 선의 3D-LTE 농도 보정에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 다양한 항성 파rameter(T_eff, log g, [Fe/H])에서 OH 선의 3D-LTE 보정의 크기와 경향은 어떠한가?
• RQ3 3D 보정은 1D-LTE 사례와 비교해 금속 빈도가 낮은 허브 항성의 유도된 [O/Fe] 비율 경향을 어떻게 변화시키는가?
• RQ4 3D 효과는 거대 항성에서 OH 선으로부터 유도된 [O/Fe] 비율과 금속 없는 O i 선으로부터 유도된 비율 간의 일관성에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ5 3D-LTE 보정은 산소의 은하 화학 진화, 특히 인구 II 항성의 맥락에서 어떤 함의를 지닌다?

주요 결과

• OH 선의 3D-LTE 농도 보정은 일반적으로 음수이며, 이완 잠재력이 낮은 선과 고효과 온도 및 고표면 중력도를 가진 모델에서 최대 -1 dex에 이를 수 있다.
• 가장 큰 3D-LTE 보정은 금속 빈도가 낮은 항성([Fe/H] ≤ -2)에서 발생하며, 이 경우 3D 모델은 1D 모델보다 상부 대기 온도가 상당히 낮게 예측한다.
• 수정된 3D-NLTE [O/Fe] 비율은 여전히 낮은 금속도로 향해 증가하는 경향을 보이지만, 1D-LTE 결과에 비해 절대 기울기가 작다.
• 3D-NLTE [O/Fe] 비율과 [Fe/H] 간의 산란은 1D-LTE보다 크며, 이는 보정이 금속도 외에도 개별 항성 파rameter에 의존하기 때문이다.
• 근자외선 OH 선에서 유도된 [O/Fe] 경향은 금속 빈도가 낮은 거대 항성에서 금속 없는 O i 선과 일관되며, 이 경우 3D 효과는 무시할 수 있을 정도로 작다.
• 현재 보정은 Fe i 선에 대해 1D-NLTE를, OH 선에 대해 3D-LTE를 가정하고 있으므로, 향후 OH 및 Fe i 선에 대한 완전한 3D-NLTE 계산이 필요하며, 이는 현재의 [O/Fe] 경향의 신뢰성 확인에 필수적이다.