[논문 리뷰] TAPAS - Tracking Advanced Planetary Systems with HARPS-N. II. Super Li-rich giant HD 107028

M. Adamów, A. Niedzielski외 6명|arXiv (Cornell University)|2015. 07. 09.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 67인용 수 17

한 줄 요약

이 연구는 펜실베이니아 주립 대학 토르누니 행성 탐색에서 식별된 초리치온 거대성인 HD 107028을 여러 천체망원경에서 확보한 고해상도 스펙트로스코피를 사용하여 조사한다. 오염 및 밝기 극대와 관련된 리튬 생성을 배제한 분석 결과, 극도로 높은 리튬 과잉은 주계열 진화 기간 동안 내부 과정에 의해 발생했을 가능성이 높으며, 이는 확산 메커니즘과 관련이 있을 수 있다.

ABSTRACT

Lithium rich giant stars are rare objects. For some of them, Li enrichment exceeds abundance of this element found in solar system meteorites, suggesting that these stars have gone through a Li enhancement process. We identified a Li rich giant HD 107028 with A(Li) > 3.3 in a sample of evolved stars observed within the PennState Torun Planet Search. In this work we study different enhancement scenarios and we try to identify the one responsible for Li enrichment for HD 107028. We collected high resolution spectra with three different instruments, covering different spectral ranges. We determine stellar parameters and abundances of selected elements with both equivalent width measurements and analysis, and spectral synthesis. We also collected multi epoch high precision radial velocities in an attempt to detect a companion. Collected data show that HD 107028 is a star at the base of Red Giant Branch. Except for high Li abundance, we have not identified any other anomalies in its chemical composition, and there is no indication of a low mass or stellar companion. We exclude Li production at the Luminosity Function Bump on RGB, as the effective temperature and luminosity suggest that the evolutionary state is much earlier than RGB Bump. We also cannot confirm the Li enhancement by contamination, as we do not observe any anomalies that are associated with this scenario. After evaluating various scenarios of Li enhancement we conclude that the Li-overabundance of HD 107028 originates from Main Sequence evolution, and may be caused by diffusion process.

연구 동기 및 목표

• A(Li) > 3.3인 진화한 거대성 HD 107028에서 극단적인 리튬 과잉의 기원을 규명하는 것.
• 리튬 풍부화가 특히 밝기 함수 극대에서 발생하는 적색거성지수 브랜치 진화 기간 동안 내부 생성에 기인하는지 평가하는 것.
• 질량 이전 또는 이중성 상호작용과 같은 외부 오염 시나리오(예: 질량 이전)가 리튬 강화의 원인이 되는지 배제하는 것.
• 이 별의 화학 조성 이상 현상이 리튬에 국한되는지 아니면 더 넓은 진화적 이상 현상을 반영하는지 평가하는 것.
• HD 107028에서 리튬 과잉이 주계열 진화 기간 동안 내부 과정, 특히 확산 메커니즘에 의해 발생했을 가능성을 시험하는 것.

제안 방법

• 하비-에버리리 텔레스코프(HET), 테레스코피오 나치오날레 갈릴레오(TNG), 메르카토르 텔레스코프의 HERMES 기구를 사용하여 고해상도 스펙트로스코픽 데이터를 확보하였다.
• 등가폭 측정 및 스펙트럼 합성 기법을 통해 별의 물리적 매개변수를 결정하였다.
• 다수의 에포크에서 라디얼 속도 및 비스ектор 스펙트럼을 분석하여 별 또는 행성계의 형성 여부를 탐색하였다.
• 리튬, 철 및 기타 핵심 동위원소를 포함한 원소 농도를 분석하여 리튬 외의 화학적 이질성 여부를 평가하였다.
• 헤르츠프룽-루소도그램에서의 별의 위치를 진화 모델과 비교하여 그 진화 단계를 제약 조건화하였다.
• 관측 제약 조건을 바탕으로 캐머런-프라우러 과정, 추가 혼합, 오염 등 서로 다른 리튬 강화 메커니즘을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 HD 107028이라는 거대성에서 A(Li) > 3.3인 극도로 높은 리튬 과잉이 발생했는가?
• RQ2 HD 107028의 리튬 풍부화는 적색거성지수 브랜치에서 밝기 함수 극대에서 발생하는 것으로 일관하는가?
• RQ3 리튬 과잉은 이중성 상호작용이나 질량 이전으로 인한 오염으로 인한 것일 수 있는가?
• RQ4 이 별의 화학 조성은 리튬 외에도 이질성이 있으며, 고유한 진화 역사와 관련된 신호를 보이는가?
• RQ5 리튬 과잉은 주계열 진화 기간 동안 내부 과정, 예를 들어 확산 메커니즘으로 가장 잘 설명되는가?

주요 결과

• HD 107028은 적색거성지수 브랜치의 기저에 위치해 있으며, 표면 온도와 밝기로 볼 때 밝기 함수 극대에 도달하기에 너무 이른 진화 단계에 있다.
• 다수의 에포크에서의 라디얼 속도 모니터링 결과, 저질량 또는 별의 형성 여부에 대한 증거는 발견되지 않아 이중성에 의한 오염은 배제되었다.
• 리튬 이외의 화학 조성은 일반적인 은하수 디스크 별과 일치하며, [Fe/H] 또는 기타 [X/H] 경향에서 이질성이 없음을 보였다.
• 별이 밝기 함수 극대에서 작용하는 캐머런-프라우러 과정으로 인한 리튬 과잉은 설명될 수 없으며, 이는 이 별이 이 단계에 도달하기에 너무 이른 진화 단계이기 때문이다.
• 질량 이전 또는 유착과 관련된 오염 시나리오는 화학적 또는 운동학적 서명이 없기 때문에 배제되었다.
• 저자들은 리튬 과잉이 주계열 진화 기간 동안 내부 과정에 의해 발생했을 가능성이 가장 높으며, 딜리아니스 등(2002)의 모델에서 제시한 확산 메커니즘과 관련될 수 있다고 결론 내렸다.