[논문 리뷰] The chemical composition of the Orion star-forming region. III. C, N, Ne, Mg and Fe abundances in B-type stars revisited

María-Fernanda Nieva, S. Simón‐Díaz|arXiv (Cornell University)|2011. 04. 15.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 35인용 수 47

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 스펙트로스코피와 일관된 비-LTE 스펙트럼 분석을 사용하여 오리온 OB1 연합 내 13개의 초기 B형 항성에서 C, N, Ne, Mg, Fe 농도를 재평가한다. 1σ 산란 범위가 0.03–0.07 dex로 매우 높은 화학적 균일성을 확인하였으며, 현재의 간성 농도 기준과 뛰어난 일치를 보이며, 오리온에서 이전에 보고된 큰 농도 변동성에 도전한다.

ABSTRACT

Early B-type stars are invaluable indicators for elemental abundances of their birth environments. In contrast to the surrounding neutral interstellar matter (ISM) and HII regions their chemical composition is unaffected by depletion onto dust grains and by the derivation of different abundances from recombination and collisional lines. In combination with ISM or nebular gas-phase abundances they facilitate the dust-phase composition to be constrained. Precise abundances of C, N, Mg, Ne, Fe in early B-type stars in the Orion star-forming region are determined in order to: a) review previous determinations using a self-consistent quantitative spectral analysis based on modern stellar atmospheres and recently updated model atoms, b) complement results found in Paper I for oxygen and silicon, c) establish an accurate and reliable set of stellar metal abundances to constrain the dust-phase composition of the Orion HII region in Paper II of the series. A detailed, self-consistent spectroscopic study of a sample of 13 narrow-lined B0V-B2V stars in Ori OB1 is performed. High-quality spectra obtained with FIES@NOT are analysed using a non-LTE method and line-profile fitting techniques, validating the approach by comparison with results obtained in Paper I using line-blanketed non-LTE model atmospheres and a curve-of-growth analysis. The two independent analysis strategies give consistent results for basic stellar parameters and abundances of oxygen and silicon. The extended analysis to C, N, Mg, Ne, and Fe finds a high degree of chemical homogeneity, with the 1sigma-scatter adopting values of 0.03--0.07 dex around the mean for the various elements. Present-day abundances from B-type stars in Ori OB1 are compatible at similar precision with cosmic abundance standard values as recently established from early-type stars in the solar neighbourhood and also with the Sun. (abridged)

연구 동기 및 목표

• 오리온 별형성 영역 내 초기 B형 항성에서 C, N, Ne, Mg, Fe 농도를 향상된 정확도로 재결정하는 것.
• 이전 연구에서 O와 Si에 대해 최대 0.5 dex, C와 N에 대해 최대 0.45 dex의 산란이 보고된 불일치를 해결하는 것.
• 오리온 H II 영역에서 먼지상 성분을 제약하기 위해 사용할 수 있는 신뢰할 수 있고 균일한 항성 금속 농도 세트를 확립하는 것.
• 두 가지 독립적인 분석 방법 간의 일관성을 검증하는 것: 하이브리드 비-LTE(Atlas9+Detail+Surface)와 선 블랭킷팅 비-LTE(Fastwind) 방식.
• 오리온의 늦은 유형 항성과 태양 주변의 초기 유형 항성과의 비교를 통해 은하 화학 진화 및 태양 기원 문제를 평가하는 것.

제안 방법

• 노르딕 옵티컬 망원경의 FIES 장치를 사용하여 오리온 OB1 내 13개의 좁선 B0 V–B2 V 항성의 고품질 스펙트럼을 확보하였다.
• Atlas9 선 블랭킷팅 LTE 모델 대기와 비-LTE 선 형성에 대해 Detail+Surface 코드를 사용한 일관된 분광 분석을 수행하였다.
• 하이브리드 비-LTE 접근법을 적용: LTE 모델 대기와 비-LTE 선 형성으로 원자 준위 분포의 정확도를 향상시켰다.
• 계속적인 시스템적 오차를 최소화하기 위해 선형형태 피팅 기법을 사용하여 농도 결정을 검증하였다.
• 각 원소의 다중 이온화 단계를 처리하고, Nieva & Przybilla (2010a,b)에서 설명한 바와 같이 체계적 불확실성을 신중히 고려했다.
• 독립적인 분석 프레임워크 간 일관성을 확보하기 위해 Paper I의 Fastwind 비-LTE 코드 결과와 교차 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 오리온 OB1 연합의 초기 B형 항성에서 C, N, Ne, Mg, Fe 농도는 화학적으로 균일한가, 아니면 상당한 변동성이 존재하는가?
• RQ2 이 연구에서 유도된 농도는 이전 연구에서 O와 Si에 대해 최대 0.4–0.5 dex의 산란이 보고된 바와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 오리온 B형 항성의 농도는 현재의 간성 농도 기준(PNB08)과 태양 농도와 어느 정도 일치하는가?
• RQ4 하이브리드 비-LTE 방법(Atlas9+Detail+Surface)은 거대 항성 분석에 대해 전체 비-LTE Fastwind 코드와 일관된 결과를 도출할 수 있는가?
• RQ5 이 항성 농도는 오리온 H II 영역의 먼지상 성분에 대해 어떤 제약을 제공하는가?

주요 결과

• 13개의 B형 항성에서 C, N, O, Si, Ne, Mg, Fe의 농도 산란 범위는 낮으며, 평균 주위의 1σ 산란 범위는 0.03에서 0.07 dex 사이이다.
• 오리온 B형 항성에서 유도된 C, N, O, Ne, Mg, Si, Fe의 농도는 태양 주변의 초기 유형 항성에 의해 정의된 현재의 간성 농도 기준(PNB08)과 뛰어난 일치를 보인다.
• 이 결과는 오리온 OB1 영역의 높은 화학적 균일성을 확인하며, 이전 연구에서 보고된 큰 농도 변동성과 모순된다.
• 하이브리드 비-LTE 방법(Atlas9+Detail+Surface)은 Fastwind 비-LTE 코드와 일관된 결과를 도출하였으며, 이는 거대 항성 농도 분석에 대한 방법의 타당성을 검증한다.
• 오리온 B형 항성에서 철 농도(log ɛ(Fe) ≈ 7.48)는 오리온 OB1b의 늦은 유형 항성과 오리온 안개성단에서 최근에 유도된 결과와 일치한다.
• 이 연구는 오리온 H II 영역의 먼지상 성분에 대해 강력한 제약을 제공할 수 있는 정밀하고 균일하며 신뢰할 수 있는 항성 금속 농도 세트를 제공하며, 이는 본 연구 시리즈의 제2편(Paper II)에서 적용되었다.