[논문 리뷰] The chemical composition of the Orion star forming region: I. Homogeneity of O and Si abundances in B-type stars

S. Simón‐Díaz|arXiv (Cornell University)|2009. 12. 21.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 46인용 수 51

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 분광법과 fastwind을 사용한 일관된 대기 모델링을 통해 오리온 OB1 연합 내 13개의 B형 항성에서 산소와 규소 농도를 재평가한다. 이전의 광도 온도 추정치에서 기인한 체계적 오류가 인위적인 농도 비균형을 유도했음을 밝혀내었고, 보정 후 산소와 규소 농도가 매우 균일함을 확인하였다. 이는 태양계 근처의 금속 농도가 높고 균일한 항성 집단과 일치하며, 오리온에서의 화학적 비균형성에 대한 이전 주장에 도전한다.

ABSTRACT

Recent accurate abundance analyses of B-type main sequence stars in the solar vicinity has shown that abundances derived from these stellar objects are more homogeneous and metal-rich than previously thought. We investigate whether the inhomogeneity of abundances previously found in B-type stars in the Ori OB1 association is real (hence a signature of enrichment of the newly formed stars in an induced star formation scenario) or a consequence of intrinsic errors induced by the use of photometric indices to establish the stellar parameters prior to the abundance analysis. We obtained a new (improved) spectroscopic data set comprising 13 B-type stars in the various Ori OB1 associations, and performed a detailed, self-consistent spectroscopic abundance analysis by means of the modern stellar atmosphere code FASTWIND. We detect systematic errors in the stellar parameters determined previously which affect the derived abundances. Once these errors are accounted for, we find a high degree of homogeneity in the O and Si abundances for stars in the four Ori OB1 subgroups. The derived abundances are in very good agreement with recent determinations in other B-type stars in the solar vicinity. We also compare our results with those obtained for the Sun during the epoch of the "solar crisis", and the Orion nebula.

연구 동기 및 목표

• 더 높은 정확도로 오리온 OB1 연합 내 초기 B형 항성의 화학 조성을 재평가하기 위해.
• 이전에 보고된 B형 항성의 농도 비균형이 진정한지 또는 잘못된 매개변수 결정의 산물인지 조사하기 위해.
• 초기형 항성의 농도 분석에서 광도 온도 추정치의 신뢰성을 시험하기 위해.
• 오리온 안내성에서의 항성 산소와 규소 농도를 '태양 위기' 기간 동안의 태양 농도와 비교하기 위해.
• 현대 항성 대기 모델을 사용해 초기 B형 항성의 농도 분석을 위한 강력하고 자기 일관된 분광 방법을 수립하기 위해.

제안 방법

• 노르딕 옵티컬 망원경에서 FIES 장치를 사용해 고해상도 분광 데이터를 확보하였다.
• 비-LTE, 선 블랭킷팅, 구형 확장된 항성 대기 코드인 fastwind을 사용해 자기 일관된 모델링을 수행하였다.
• 고해상도 스펙트럼에서 금속선의 등가폭을 자동으로 측정하기 위해 고유의 IDL 도구를 개발하였다.
• 초기 B형 주계열 항성에 최적화된 fastwind HHeSiO 모델의 맞춤형 격자를 구축하였다.
• 다양한 Si ii-iii-iv 선을 사용해 항성 매개변수와 농도 결정을 상호 검증하였다.
• 체계적 오차를 최소화하기 위해 분광학적 진단에 의해 유일하게 유도된 일관된 모델 원자와 대기 매개변수를 적용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 오리온 OB1 연합 내 B형 항성에서 이전에 보고된 산소와 규소 농도의 비균형성은 진정한 것인지, 아니면 잘못된 매개변수 결정의 산물인가?
• RQ2 광도 온도 추정치가 초기 B형 항성의 농도 분석에 체계적 오류를 얼마나 유발하는가?
• RQ3 오리온 B형 항성에서 유도된 산소와 규소 농도는 태양계 근처의 값과 '태양 위기' 기간 동안의 값과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 특히 산소와 규소에 대해 오리온 안내성의 항성 농도와 안내성 농도 사이의 일관성은 어떠한가?
• RQ5 자기 일관된 분광적 접근법이 다양한 항성 집단 간의 농도 결정 불일치를 해결할 수 있는가?

주요 결과

• 이전에 사용된 광도 온도 추정치에서 기인한 체계적 오류를 식별하고 보정하였으며, 이는 잘못된 농도 산란을 유도하였다.
• 보정 후, 네 개의 Ori OB1 하위군에 걸친 13개의 B형 항성에서 산소와 규소 농도가 매우 균일하며, 산란이 0.1 dex 미만임을 확인하였다.
• 평균 O/H 농도는 log(O/H) + 12 = 8.76 dex로, 최근 태양계 근처의 B형 항성에서의 결정과 뛰어난 일치를 보였다.
• 평균 Si/H 농도는 log(Si/H) + 12 = 7.50 dex로, 다른 금속 농도가 높은 초기 B형 항성들과 일치하며, 이전의 비균형성 주장과는 일치하지 않았다.
• 오리온 OB1의 항성 산소와 규소 농도는 '태양 위기' 기간 동안 보고된 값의 범위 내에 있으며, 오차 범위 내에서 태양 금속 농도와 일치함을 시사한다.
• 오리온 안내성에서 항성과 안내성 간의 규소 농도 불일치는 약 0.3–1.0 dex이며, 이는 먼지 침강 효과가 있을 가능성을 시사하며 향후 연구가 필요하다.