[논문 리뷰] Line formation in solar granulation: V. Missing UV-opacity and the photospheric Be abundance

M. Asplund|ArXiv.org|2003. 12. 11.

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한 줄 요약

이 연구는 3D 유체역학적 태양 대기 모델을 사용하여 태양의 베릴륨 농도를 재평가하며, 주로 계산되지 않은 Fe i 밀도-해리 전이로 인한 누락된 UV 투과도가 313 nm에서 관측된 Be ii 선 강도와 예측된 강도 사이의 괴리 원인을 확인한다. 분석 결과, 태양 대기에서의 베릴륨 농도는 미세행성치 값과 뛰어난 일치를 보이며, 태양의 경성 원소 농도에 오랫동안 지속된 모순을 해결한다.

ABSTRACT

The possibility of unaccounted for opacity sources in the UV for late-type stars has often been invoked to explain discrepancies between predicted and observed flux distributions and spectral line strengths. Such missing UV-opacity could among other things have a significant impact on abundance determination for elements whose only relevant spectral features are accessible in this wavelength region, such as Be. Here, the study by Balachandran & Bell (1998) is re-visited in the light of a realistic 3D hydrodynamical solar model atmosphere and the recently significantly downward revised solar O abundance obtained with the same model atmosphere. The amount of missing UV-opacity, if any, is quantified by enforcing that the OH A-X electronic lines around 313 nm produce the same O abundance as the other available diagnostics: OH vibration-rotation and pure rotation lines in the IR, the forbidden [OI] 630.0 and 636.3 nm lines and high-excitation, permitted OI lines. This additional opacity is then applied for the synthesis of the BeII line at 313.0nm to derive a solar photospheric Be abundance in excellent agreement with the meteoritic value, thus re-enforcing the conclusions of Balachandran & Bell. The about 50% extra opacity over accounted for opacity sources can be well explained by recent calculations by the Iron Project for photo-ionization of FeI.

연구 동기 및 목표

• 오래된 1D 모델 대신 최신 3D 유체역학적 태양 대기 모델을 사용해 태양 대기 베릴륨 농도를 재평가한다.
• 다양한 OH 선으로부터 유도된 산소 농도를 조율하기 위해 313 nm 영역에서 누락된 UV 투과도의 양을 정량화한다.
• 이전 연구에서 제안한 바와 같이, 누락된 투과도가 계산되지 않은 Fe i 밀도-해리 전이로 기인할 수 있는지 테스트한다.
• 비-열역학적 평형 효과, 미소난류, 분자 화학에 대한 불확실성에 대해 베릴륨 농도 결정의 견고성을 평가한다.
• 태양 대기에서의 베릴륨 농도가 미세행성치 값과 일치하는지 확인하여 경성 원소 농도 연구에서 오랫동안 지속된 괴리 문제를 해결한다.

제안 방법

• 실제 균열과 온도 비균일성을 반영하기 위해 Asplund 등(2000a)의 3D 유체역학적 태양 대기 모델을 사용한다.
• 복사전달 계산을 통해 스펙트럼 선을 합성하며, 313 nm에서의 OH A-X 전이와 313.0 nm에서의 Be ii 선을 포함한다.
• UV OH A-X 선과 적외선 OH 선, 금지선 [O i], 고진동수 O i 선으로부터 유도된 산소 농도 간의 일관성을 확보하여 누락된 투과도를 정량화한다.
• 유도된 누락된 투과도(기존 원천에 비해 약 50% 증가)를 Be ii 313.0 nm 선의 합성에 적용하여 베릴륨 농도를 유도한다.
• Be ii 선 형성에 대한 비-열역학적 평형 효과의 영향을 평가하여, 보정치가 매우 미미함(Δlog εBe < 0.02 dex)을 확인한다.
• OH 형성에 대한 열역학적 평형 및 평형 화학 가정의 타당성을 평가하여, 관련 대기층에서는 이 가정이 정당하다고 결론 내린다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 3D 태양 모델에서 다양한 OH 선 시스템으로부터 유도된 산소 농도를 조율하기 위해 313 nm 영역에서 필요한 누락된 UV 투과도는 얼마인가?
• RQ2 실제적인 3D 대기 모델을 포함함으로써, Balachandran & Bell(1998)의 결론, 즉 Be ii 선 강도를 설명하기 위해 추가 투과도가 필요하다는 주장이 변화하는가?
• RQ3 Iron Project 계산에서 제안한 바와 같이, 누락된 투과도가 계산되지 않은 Fe i 밀도-해리 전이로 기인할 수 있는가?
• RQ4 Be ii 선 형성에 대한 비-열역학적 평형 효과가 유도된 태양 베릴륨 농도에 얼마나 민감하게 작용하는가?
• RQ5 향상된 대기 모델과 업데이트된 산소 농도 하에서, 대기 베릴륨 농도와 미세행성치 농도 간의 일치는 얼마나 견고한가?

주요 결과

• 313 nm 영역에서 필요한 누락된 UV 투과도는 약 50%이며, Balachandran & Bell(1998)의 1D 모델 연구에서 추정한 60%보다 略적으로 낮다.
• 누락된 투과도를 고려한 후 유도된 태양 대기 베릴륨 농도는 log εBe = 1.41인 미세행성치 값과 뛰어난 일치를 보인다.
• 누락된 투과도는 계산되지 않은 Fe i 밀도-해리 전이로 잘 설명되며, 최근 Iron Project 계산과 일치한다.
• Be ii 선 형성에 대한 비-열역학적 평형 효과는 무시할 수 없을 정도로 미미하며, 보정치가 0.02 dex 이하이므로 열역학적 평형 농도 결정의 견고성이 확인된다.
• 3D 모델에서 여러 진단법(Oh A-X, IR OH, [O i], 고진동수 O i)으로부터 유도된 산소 농도의 일치는 투과도 보정의 신뢰성을 지지한다.
• 이 연구는 태양 대기에서 리튬이 약 140배 감소했음을 확인하였으며, 베릴륨과 붕소는 원시태양 값에 비해 유의미한 감소가 없음을 확인한다.