[논문 리뷰] Stellar laboratories II. New Zn IV and Zn V oscillator strengths and their validation in the hot white dwarfs G191-B2B and RE0503-289

T. Rauch, K. Werner외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 03. 10.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 6인용 수 19

한 줄 요약

이 논문은 구성 상호작용를 고려한 하트리-폭 방법을 사용하여 Zn iv 및 Zn v 이온의 새로운 계산된 진동강도를 제시하며, 이는 자외선 스펙트럼의 정밀한 비-라우레츠 모델링을 가능하게 한다. 향상된 원자 데이터는 고온의 백색왜성 G191-B2B (log Zn = -5.52 ± 0.2)에서 31개의 Zn iv 및 16개의 Zn v 선을 성공적으로 재현하였고, RE 0503-289에서 128개의 Zn v 선을 재현하였다. 이는 매우 높은 태양계 초과 아연 농도를 확인하고, 별성 성분 분석에 있어 새로운 원자 데이터의 신뢰성을 입증한다.

ABSTRACT

For the spectral analysis of high-resolution and high-signal-to-noise spectra of hot stars, state-of-the-art non-local thermodynamic equilibrium (NLTE) model-atmospheres are mandatory. These are strongly dependent on the reliability of the atomic data that is used for their calculation. In a recent analysis of the ultraviolet (UV) spectrum of the DA-type white dwarf G191-B2B, 21 Zn IV lines were newly identified. Because of the lack of Zn IV data, transition probabilities of the isoelectronic Ge VI were adapted for a first, coarse determination of the photospheric Zn abundance. We performed new calculations of Zn IV and Zn V oscillator strengths to consider their radiative and collisional bound-bound transitions in detail in our NLTE stellar-atmosphere models for the analysis of the Zn IV - V spectrum exhibited in high-resolution and high-S/N UV observations of G191-B2B and RE0503-289. In the UV spectrum of G191-B2B, we identify 31 Zn IV and 16 Zn V lines. Most of these are identified for the first time in any star. We can reproduce well almost all of them at log Zn = -5.52 +/- 0.2 (mass fraction, about 1.7 times solar). In particular, the Zn IV / Zn V ionization equilibrium, which is a very sensitive indicator for the effective temperature, is well reproduced with the previously determined Teff = 60000 +/- 2000 and log g = 7.60 +/- 0.05. In the spectrum of RE0503-289, we identified 128 Zn V lines for the first time and determined log Zn = -3.57 +/- 0.2 (155 times solar). Reliable measurements and calculations of atomic data are a pre-requisite for stellar-atmosphere modeling. Observed Zn IV and Zn V line profiles in two white dwarf (G191-B2B and RE0503-289) ultraviolet spectra were well reproduced with our newly calculated oscillator strengths. This allowed us to determine the photospheric Zn abundance of these two stars precisely.

연구 동기 및 목표

• 이전에 고온의 항성에서 대기층 성분 측정의 정확도를 제한했던 Zn iv 및 Zn v에 대한 신뢰할 수 있는 원자 데이터의 부족을 해결하기 위해.
• DA형 백색왜성 G191-B2B와 더 뜨거운 DO형 백색왜성 RE 0503-289에서 아연 농도 측정의 정밀도를 향상시키기 위해.
• 고해상도 자외선 스펙트럼에서 관측된 Zn iv 및 Zn v 선 프로파일을 재현함으로써 새로 계산된 진동강도를 검증하기 위해.
• 특히 전철원소가 매우 풍부한 경우인 RE 0503-289의 경우에서 새로운 Zn 선을 식별하기 위해.
• 정확한 원자 데이터가 정밀한 비-라우레츠 별대기모델링과 이온화 평형 분석에 필수적임을 입증하기 위해.

제안 방법

• 관련 구조에 대해 구성 상호작용를 고려한 가짜 상대론적 하트리-폭(HFR) 방법을 사용하여 Zn iv 및 Zn v의 진동강도를 계산하였다.
• Sugar & Musgrove(1995)의 실험적 에너지 수준를 바탕으로 최소 제곱 피팅 과정을 통해 반경적 적분과 효과적 상호작용 파rameter를 최적화하였다.
• 기존의 모델 파rameter(Teff = 60,000 K, log g = 7.60 for G191-B2B; Teff = 70,000 K, log g = 7.50 for RE 0503-289)를 사용하여 G191-B2B와 RE 0503-289의 비-라우레츠 별대기 모델에 새로운 진동강도를 적용하였다.
• 허블 우주망원경과 FUSE의 고신호 대비 노이즈 비율의 고해상도 자외선 스펙트럼을 사용하여 합성 선 프로파일과 관측된 스펙트럼을 일치시킴으로써 Zn 농도를 제약 조건화 하였다.
• Zn iv와 Zn v 간의 이온화 평형을 효과적 온도의 민감한 진단 도구로 사용하여 모델 대기 파rameter를 검증하였다.
• HFR 계산에서의 취소 요인(CF)을 통해 선 프로파일 재현과 혼합 또는 상쇄 효과를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Zn iv 및 Zn v의 새로 계산된 진동강도는 고온의 백색왜성에서 대기층 아연 농도 측정의 정확도를 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 새로운 원자 데이터는 G191-B2B와 RE 0503-289의 고해상도 자외선 스펙트럼에서 관측된 Zn iv 및 Zn v 선 프로파일을 어느 정도 잘 재현할 수 있는가?
• RQ3 Zn iv와 Zn v 간의 이온화 평형은 이 별들의 효과적 온도에 대해 일관되고 신뢰할 수 있는 제약 조건을 제공하는가?
• RQ4 향상된 원자 데이터를 사용하여 이 백색왜성의 자외선 스펙트럼에서 이전에 확인되지 않은 Zn 선은 몇 개나 감지되고 확인될 수 있는가?
• RQ5 RE 0503-289에서의 고농도 아연 농도는 이 금속 농도가 높은 백색왜성에서 다른 전철원소의 농도와 얼마나 일치하는가?

주요 결과

• 새로 계산된 Zn iv 및 Zn v 진동강도는 G191-B2B의 자외선 스펙트럼에서 31개의 Zn iv 및 16개의 Zn v 선을 성공적으로 재현하였으며, 대기층 아연 농도는 log Zn = -5.52 ± 0.2 (태양 농도의 1.7배)로 확인되었다.
• 이전에 결정된 효과적 온도 60,000 ± 2,000 K 및 log g = 7.60 ± 0.05를 사용하여 Zn iv / Zn v 이온화 평형이 잘 재현되었으며, 이는 모델 대기 파ram터의 타당성을 검증한다.
• RE 0503-289에서는 128개의 Zn v 선이 처음으로 식별되었고, 아연 농도는 log Zn = -3.57 ± 0.2로 결정되었으며, 이는 태양 농도의 약 155배에 해당한다.
• RE 0503-289에서의 매우 높은 태양계 초과 아연 농도는 게르마늄(Ge, 650배 태양),氪(Kr, 450배 태양), 우라늄(Xe, 3,800배 태양) 등의 다른 전철원소의 농도와 일치한다.
• 취소 요인(CF) 분석 결과, 매우 적은 수의 전이가 강한 상쇄 효과를 받는 것으로 나타나, 대부분의 계산된 진동강도가 매우 높은 신뢰성을 지닌다.
• 이 연구는 정확한 원자 데이터가 고온의 금속 농도가 높은 백색왜성에서 정밀한 비-라우레츠 모델링과 성분 측정에 필수적임을 확인한다.