[논문 리뷰] Isotopic lithium abundances in five metal-poor disk stars

P. E. Nissen, David L. Lambert외 2명|arXiv (Cornell University)|1999. 06. 18.

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

한 줄 요약

이 연구는 [Fe/H] ≈ -0.6인 금속성 낮은 디스크 별 5개의 고해상도 스펙트럼을 분석하여 모델 대기 합성 기법을 이용해 리튬 동위원소 비율(⁶Li/⁷Li)을 측정한다. 두 별(HD68284 및 HD130551)에서 ⁶Li를 검출하여 ⁶Li/⁷Li 비율이 0.05임을 확인하였고, 나머지 세 별은 유의미한 ⁶Li를 보이지 않았으며, ⁶Li를 포함하는 별들은 다른 별들(0.85–1.0 M☉)보다 높은 질량(1.05 M☉)을 가지는 것으로 나타나, 중간 정도의 ⁶Li 감소를 동반한 표준 연의선 생산 모델을 지지한다.

ABSTRACT

High resolution (R=110000), very high S/N spectra, centered on the 6707.8A LiI line have been obtained with the ESO Coude Echelle Spectrometer for five, metal-poor (-0.8 < [Fe/H] < -0.6) disk stars in the turnoff region of the HR-diagram. The instrumental and stellar atmospheric line broadening have been determined from two unblended iron lines and used in a model atmosphere synthesis of the profile of the LiI line as a function of the lithium isotope ratio. This has led to a detection of 6Li in HD68284 and HD130551 with 6Li/7Li = 0.05, whereas the other stars, HR2883, HR3578 and HR8181, have 6Li/7Li close to zero. By comparing Teff-values and absolute magnitudes based on Hipparcos parallaxes with recent stellar evolutionary tracks, the masses of the stars have been derived. It is shown that the two stars with 6Li present have a significantly higher mass, M = 1.05 M(sun), than the other three stars for which values between 0.85 and 1.0 M(sun) are obtained. The results are discussed in terms of models for the galactic evolution of the light elements and depletion of the lithium isotopes in stellar envelopes. It is shown that the measured 6Li abundances are in agreement with standard cosmic ray production of 6Li in the galactic disk and a moderate depletion (0.5 dex) in the stars. Recent models for the evolution of 6Li including alpha + alpha fusion reactions and predicting a high lithium isotopic ratio, 6Li/7Li = 0.3 at [Fe/H] = -0.6, require a high degree of 6Li depletion (1.0 dex) to fit the observations. Furthermore, these models imply a 7Li abundance about 0.2 dex higher than observed for metal-poor disk stars.

연구 동기 및 목표

• 금속성 낮은 디스크 별에서 [Fe/H]가 -0.8에서 -0.6 사이인 경우의 동위원소 리튬 농도(⁶Li/⁷Li)를 결정하기 위해.
• 별의 질량과 진화 상태가 리튬 동위원소 감소에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 관측 데이터와 비교하여 연의선을 통한 ⁶Li 생성 이론 모델을 테스트하기 위해.
• 관측된 ⁶Li 및 ⁷Li 농도가 은하 진화 모델 예측과 일치하는지 평가하기 위해.

제안 방법

• ESO Coude Echelle 스펙트로미터를 사용하여 6707.8 Å LiI 선 주변의 고해상도(R = 110,000) 및 고신호대비비율(S/N) 스펙트럼을 확보하였다.
• 두 개의 교란이 없는 Fe I 선을 통해 기구적 및 별 대기의 선폭을 측정하여 LiI 선 프로파일을 모델링하였다.
• LiI 선 프로파일에 대해 ⁶Li/⁷Li 동위원소 비율의 함수로 모델 대기 합성을 적용하여 동위원소 농도를 유도하였다.
• Hipparcos 정확도 측정값을 이용해 별의 유효 온도와 절대 등급을 유도하고, 진화 궤적과 비교하여 별의 질량을 추정하였다.
• 관측된 ⁶Li/⁷Li 비율을 연의선 분열과 ⁴He + ⁴He 융합에 의한 ⁶Li 생성 이론 모델과 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 금속성 낮은 디스크 별에서 [Fe/H] ≈ -0.6일 때 ⁶Li/⁷Li 동위원소 비율은 얼마인가?
• RQ2 진화 궤적에서 유도된 별의 질량은 ⁶Li 존재와 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ3 관측된 ⁶Li 농도는 표준 연의선 생성 모델 예측과 일치하는가?
• RQ4 예를 들어 ⁴He + ⁴He 융합에 의해 고 ⁶Li/⁷Li 비율을 예측하는 모델은 관측 결과와 어떻게 조화를 이룰 수 있는가?

주요 결과

• 두 별(HD68284 및 HD130551)에서 ⁶Li가 검출되었고, ⁶Li/⁷Li 비율은 0.05였다.
• 다른 세 별(HR2883, HR3578, HR8181)은 유의미한 ⁶Li를 보이지 않았으며, ⁶Li/⁷Li 비율은 0과 일치한다.
• ⁶Li를 포함하는 두 별은 다른 별들(0.85–1.0 M☉)보다 높은 질량(1.05 M☉)을 가진다.
• 관측된 ⁶Li 농도는 표준 연의선에 의한 ⁶Li 생성과 중간 정도의 감소(0.5 dex)와 일치한다.
• 고 ⁶Li/⁷Li 비율을 예측하는 모델(예: [Fe/H] = -0.6에서 0.3)은 관측 결과를 맞추기 위해 강한 ⁶Li 감소(1.0 dex)가 필요하다.
• 이러한 고 ⁶Li 모델은 금속성 낮은 디스크 별에서 관측된 값보다 약 0.2 dex 정도 ⁷Li를 과도하게 예측한다.