[논문 리뷰] Stellar laboratories. VII. New Kr IV - VII oscillator strengths and an improved spectral analysis of the hot, hydrogen-deficient DO-type white dwarf RE0503-289

T. Rauch, P. Quinet외 5명|arXiv (Cornell University)|2016. 03. 02.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 60인용 수 15

한 줄 요약

이 연구는 고온의 수소 부족성 DO형 백색왜성 RE 0503−289의 비국소 열역학평형(NLTE) 모델 대기 구축을 향상시키기 위해 고도의 양자역학적 방법을 활용해 새로운 Kr iv–vii 전이 강도를 계산하였다. 허블 및 FUSE의 고해상도 우주복사 스펙트럼을 이용해 저자들은 별의 대기 파arameters와 Kr 농도를 재분석하였으며, 11개의 새로운 Kr 선(10개의 Kr v, 1개의 Kr vi)을 규명하고, 태양계 초과의 매우 높은 Kr 농도인 log Kr = −3.3 ± 0.3을 유도하였다. 이는 고온의 별에서의 NLTE 스펙트럼 분석에 정확한 원자 데이터가 필요하다는 것을 확인시킨다.

ABSTRACT

For the spectral analysis of high-resolution and high-signal-to-noise (S/N) 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. New of Kr IV - VII oscillator strengths for a large number of lines allow to construct more detailed model atoms for our NLTE model-atmosphere calculations. This enables us to search for additional Kr lines in observed spectra and to improve Kr abundance determinations. We calculated Kr IV - VII oscillator strengths to consider radiative and collisional bound-bound transitions in detail in our NLTE stellar-atmosphere models for the analysis of Kr lines exhibited in high-resolution and high-S/N ultraviolet (UV) observations of the hot white dwarf RE 0503-289. We reanalyzed the effective temperature and surface gravity and determined Teff = 70 000 +/- 2000 K and log (g / cm/s**2) = 7.5 +/- 0.1. We newly identified ten Kr V lines and one Kr VI line in the spectrum of RE 0503-289. We measured a Kr abundance of -3.3 +/- 0.3 (logarithmic mass fraction). We discovered that the interstellar absorption toward RE 0503-289 has a multi-velocity structure within a radial-velocity interval of -40 km/s < vrad < +18 km/s. Reliable measurements and calculations of atomic data are a prerequisite for state-of-the-art NLTE stellar-atmosphere modeling. Observed Kr V - VII line profiles in the UV spectrum of the white dwarf RE 0503-289 were simultaneously well reproduced with our newly calculated oscillator strengths.

연구 동기 및 목표

• 정확한 원자 데이터를 제공함으로써 고온의 수소 부족성 백색왜성의 비국소 열역학평형(NLTE) 모델 대기의 신뢰성을 향상시키기 위해.
• 고도로 이온화된 전철원소 분석을 방해하는 Kr iv–vii에 대한 종합적인 전이 강도 데이터 부족 문제를 해결하기 위해.
• 최신로 계산된 전이 확률을 활용해 DO형 백색왜성 RE 0503−289의 대기 파arameters와 Kr 농도를 재분석하기 위해.
• 고해상도 우근자 스펙트럼에서 이전에 발견되지 않은 Kr 선을 식별하고 Kr iv–vii 사이의 이온화 평형을 검증하기 위해.
• 관측된 흡수 특징을 이용해 RE 0503−289 방향의 간성간 매질의 속도 구조를 조사하기 위해.

제안 방법

• 구성상호작용 및 Breit-Pauli 보정을 포함한 고도의 양자역학적 방법을 사용해 Kr iv–vii 전이 강도를 계산하여 복사 및 충돌 전이를 정확히 모의하기 위해.
• 새로운 전이 강도를 포함한 세밀한 모형 원자 구조를 구성하여 NLTE 별 대기 모델링을 향상시키기 위해.
• 허블/STIS 및 FUSE의 고해상도 우근자 관측 데이터를 사용해 신호 스펙트럼 합성 기법을 적용하여 관측된 선형형을 최적에 가깝게 맞추기 위해.
• OWENS 선형형 피팅 절차와 이론 스펙트럼 서비스(TheoSSA, TOSS)를 활용해 합성 스펙트럼과 관측 데이터를 비교하기 위해.
• 다양한 Kr 이온화 상태에서 관측된 선형형과 합성 선형형 간 잔차를 최소화함으로써 대기 파arameters(T_eff, log g)를 제약하기 위해.
• 고 SNR 우근자 스펙트럼을 이용해 간성간 매질의 도래 속도 구조를 분석하고, 이는 근처의 DA형 백색왜성 RE 0457−281과 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Kr iv–vii 전이에 대한 정확한 전이 강도는 무엇이며, 이는 NLTE 모델 대기 계산을 어떻게 향상시키는가?
• RQ2 새로운 원자 데이터는 RE 0503−289의 유도된 효과적 온도와 표면중력에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 업데이트된 전이 강도와 향상된 모형 원자를 사용할 경우 RE 0503−289의 대기상 Kr 농도는 얼마인가?
• RQ4 RE 0503−289의 우근자 스펙트럼에 이전에 발견되지 않은 Kr 선이 존재하는가, 그리고 새로운 데이터로 이들을 식별할 수 있는가?
• RQ5 RE 0503−289 방향의 간성간 매질의 도래 속도 구조는 무엇이며, 이는 RE 0457−281 방향과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• RE 0503−289의 효과적 온도와 표면중력을 각각 T_eff = 70,000 ± 2,000 K와 log g = 7.5 ± 0.1 cm s⁻²로 정밀하게 재조정하였으며, 이는 이전 추정치와 일치하지만 더 정확하였다.
• 새로운 전이 강도를 활용해 RE 0503−289의 우근자 스펙트럼에서 10개의 새로운 Kr v 선과 1개의 Kr vi 선을 명확히 규명하였다.
• RE 0503−289의 Kr 농도는 log Kr = −3.3 ± 0.3(대량분율의 로그)로 결정되었으며, 이는 태양 농도의 약 2,300배에서 9,200배에 해당한다.
• 합성 스펙트럼에서 Kr v–vii 이온화 평형이 잘 재현되었으며, 이는 새로운 원자 데이터와 모형 대기의 일관성을 확인시켰다.
• RE 0503−289 방향의 간성간 매질은 도래 속도가 −40 km s⁻¹에서 +18 km s⁻¹ 사이인 다중속도 구조를 보였다.
• RE 0503−289의 Fe 농도는 태양의 ≤0.01배 이내로 제약되었으며, 이는 이전의 제약과 일치하며, 높은 Ni/Fe 비율은 여전히 설명되지 않았다.