[논문 리뷰] Stellar laboratories. V. The Xe VI ultraviolet spectrum and the xenon abundance in the hot DO-type white dwarf RE0503-289

T. Rauch, D. Hoyer외 3명|arXiv (Cornell University)|2015. 04. 08.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 11인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 실험실 측정을 통해 새로 계산된 Xe VI 진동수 강도를 제시하며, 이는 뜨거운 DO형 백색왜성 RE 0503−289에서 이전에 알려지지 않은 세 개의 Xe VI 자외선 선을 정확하게 식별할 수 있도록 한다. 비국소 열역학평형(NLTE) 모델 대기에서 저자들은 질량 기준으로 log Xe = −4.2 ± 0.6의 대기 표면에서의 크세논 농도를 확인하였으며, 이는 뜨거운 항성에서 정밀한 별의 농도 분석을 위해 향상된 원자 데이터가 필수적임을 보여준다.

ABSTRACT

For the spectral analysis of spectra of hot stars with a high resolution and high signal-to-noise ratio (S/N), advanced non-local thermodynamic equilibrium (NLTE) model atmospheres are mandatory. These are strongly dependent on the reliability of the atomic data that are used for their calculation. Reliable Xe VI oscillator strengths are used to identify Xe lines in the ultraviolet spectrum of the DO-type white dwarf RE0503-289 and to determine its photospheric Xe abundance. We publish newly calculated oscillator strengths that are based on a recently measured Xe VI laboratory line spectrum. These strengths were used to consider their radiative and collisional bound-bound transitions in detail in our NLTE stellar-atmosphere models to analyze Xe VI lines exhibited in high-resolution and high S/N UV observations of RE0503-289. We identify three hitherto unknown Xe VI lines in the ultraviolet spectrum of RE0503-289 and confirm the previously measured photospheric Xe abundance of this white dwarf (log Xe = -4.2 +/- 0.6). Reliable measurements and calculations of atomic data are prerequisite for stellar-atmosphere modeling. Observed Xe VI line profiles in the ultraviolet spectrum of the white dwarf RE0503-289 were well reproduced with the newly calculated Xe VI oscillator strengths.

연구 동기 및 목표

• 뜨거운 항성의 정확한 스펙트럼 분석에 필수적인 Xe VI의 원자 데이터 신뢰도를 향상시키기 위해.
• DO형 백색왜성 RE 0503−289의 자외선 스펙트럼에서 이전에 할당되지 않은 Xe VI 선을 식별하기 위해.
• 업데이트된 진동수 강도를 사용한 NLTE 모델 대기를 통해 RE 0503−289의 대기 표면에서 크세논 농도를 확인하기 위해.
• 향상된 원자 데이터가 합성 선형형태 재현 및 농도 결정에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 완전하고 고품질의 원자 데이터가 뜨거운 항성에서의 별의 농도 분석에 발생하는 불확실성을 줄이는 데 필수적임을 강조하기 위해.

제안 방법

• 243개의 선(이전에 분류되지 않은 146개 전이 포함)에 대해 새로운 측정된 Xe VI 실험실 스펙트럼을 이용해 향상된 진동수 강도(log gf)를 계산하였다.
• 업데이트된 Xe VI 원자 데이터를 포함한 비국소 열역학평형(NLTE) 모델 대기를 Tübingen NLTE 모델 대기 패키지(TMAP)를 통해 적용하였다.
• 방사선 및 충돌성 기저-기저 전이를 포함한 모델 원자를 Tübingen 모델 원자 데이터베이스(TMAD)를 사용하여 구축하였다.
• FUSE 및 HST/STIS에서 확보한 고해상도, 고신호대비비율 관측 결과와 합성 스펙트럼을 비교하여 선 식별 및 농도 유도를 수행하였다.
• Gallardo 등(2015)의 새로운 진동수 강도와 이전 자료(Biémont 등, 2005; Reyna Almandos 등, 2001)를 비교하여 일관성 여부를 검증하였다.
• 모델 대기 내 Xe의 이온화 분수를 평가하여 선 형성 영역에서 지배적인 이온화 상태를 파악하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 새로 계산된 Xe VI 진동수 강도는 RE 0503−289의 자외선 스펙트럼에서 선 식별에 향상된 성능을 보일 수 있는가?
• RQ2 업데이트된 진동수 강도는 합성 스펙트럼과 관측 결과 간의 일치도를 어느 정도 향상시키는가?
• RQ3 최근 원자 데이터를 사용하여 뜨거운 DO형 백색왜성 RE 0503−289의 대기 표면에서 크세논 농도는 얼마인가?
• RQ4 RE 0503−289 대기에서 크세논의 이온화 평형은 Xe VI 및 Xe VII 선의 탐지 가능성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 불완전하거나 신뢰할 수 없는 원자 데이터는 뜨거운 항성에서의 별의 농도 결정 정확도에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 새로 계산된 진동수 강도를 사용하여 RE 0503−289의 자외선 스펙트럼에서 이전에 알려지지 않은 세 개의 Xe VI 선이 식별되었다.
• 업데이트된 진동수 강도를 사용해 계산한 합성 Xe VI 선형형태는 9개의 경우 중 2개에서 관측 결과와 유의미하게 향상된 일치를 보였다.
• RE 0503−289의 대기 표면에서 크세논 농도는 log Xe = −4.2 ± 0.6 (질량 기준)로 확인되었으며, 이는 Werner 등(2012b)의 이전 결과와 일치한다.
• 선 형성 영역에서 Xe VI 이온화 상태가 지배적임을 나타내며(−4 ≤ log m ≤ 0.5), 이는 Xe VII가 다음으로 중요한 이온화 상태임을 시사한다.
• 이 연구는 신뢰할 수 있는 원자 데이터가 뜨거운 항성에서 정확한 NLTE 모델링 및 농도 분석을 위해 필수적임을 확인한다.
• Xe VII에 대한 신뢰할 수 있는 진동수 강도가 부족하여 농도 결정에 넓은 불확실성이 발생함을 확인하였으며, 이는 향후 원자 데이터 향상의 필요성을 강조한다.