[논문 리뷰] The Chemical Evolution of Fluorine in the Bulge - High-resolution K-band spectra of giants in three fields

Henrik Jönsson, N. Ryde외 7명|University of Hertfordshire Research Archive (University of Hertfordshire)|2014. 03. 11.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 59인용 수 17

한 줄 요약

이 연구는 은하 중심 부근의 적색 거성에서 고해상도 K-band 스펙트럼을 분석하여 플루오르인 생성 메커니즘을 조사하며, AGB 별과 초신성 유형 II만으로는 관측된 플루오르인 농도를 설명할 수 없음을 밝혀낸다. 데이터는 월프-레이트 별이 중요한 기여를 한다는 데 강력한 근거를 제시하며, 이전 연구에서 플루오르인 농도를 약 0.3 dex 과대평가할 수 있었던 이전의 일관성 없는 플루오르인 농도 측정의 원인을 해결하기 위해 일관된 HF 분자 선 목록을 제시한다.

ABSTRACT

Possible main formation sites of F in the Universe include AGB stars, the ν-process in Type II SNe, and/or W-R stars. The importance of the W-R stars has theoretically been questioned and they are probably not needed in the modelling of the chemical evolution of F in the solar neighborhood. It has, however, been suggested that W-R stars are indeed needed to explain the chemical evolution of F in the Bulge. The molecular spectral data of the often used HF-molecule has not been presented in a complete and consistent way and has recently been debated in the literature. In this article we determine the [F/O] vs. [O/H] trend in the Bulge to investigate the possible contribution from W-R stars. Additionally, we present here a HF line list for the K- and L-bands (including the often used 23358.33 Å line) and an accompanying partition function. The F abundances were determined using spectral fitting from hi-res NIR spectra of eight K giants recorded by the spectrograph CRIRES. We have also re-analyzed five previously published Bulge giants using our new HF molecular data. We find that the F-O abundance in the Bulge probably cannot be explained with chemical evolution models including only AGB-stars and the ν-process in SNe Type II, i.e. a significant amount of F production in W-R stars is likely needed to explain the F abundance in the Bulge. Concerning the HF line list, we find that a possible reason for the inconsistencies in the literature, with two different excitation energies being used, is two different definitions of the zero-point energy for the HF molecule and therefore also two accompanying different dissociation energies. Both line lists are correct, as long as the corresponding consistent partition function is used in the spectral synthesis. However, we suspect this has not been the case in several earlier works leading to F abundances 0.3 dex too high.

연구 동기 및 목표

• 금속성에 따라 은하 중심 부근의 플루오르인-산소 농도 경향을 규명하여 별의 생성 부위를 평가하기 위해.
• 이론적 모델 간의 모순이 존재하는 바, 월프-레이트 별이 중심 부근의 플루오르인 진화를 설명하는 데 필수적인가를 평가하기 위해.
• HF 분자의 불일치한 분자 데이터로 인해 이전 연구에서 플루오르인 농도 측정에 일관성 없음이 발생한 원인을 해결하기 위해.
• 스펙트럼 합성에 적합한 K- 및 L-밴드에 대해 일관되고 고정도의 HF 선 목록과 해당 분할 함수를 제공하기 위해.

제안 방법

• 8개의 K형 거성에 대해 Very Large Telescope(VLT)의 CRIRES 분광계를 이용해 고해상도 K-band 스펙트럼을 확보하였다. 이는 3개의 중심 부근 영역에 속해 있다.
• 새로운 일관된 HF 분자 선 목록을 사용하여 23358.33 Å의 HF 선을 스펙트럼 피팅을 통해 플루오르인 농도를 유도하였다.
• 이전에 Gemini/GPS-Phoenix 분광계로 관측된 5개의 중심 부근 거성에 대해, 새로운 분자 데이터를 사용하여 재분석하였다.
• HF 분자에 대해 일관된 분할 함수를 유도하였으며, 이는 이전의 흥분 에너지 정의의 불일치를 수정하고 새로운 선 목록과의 호환성을 확보하였다.
• AGB 별, Type II 초신성(ν-과정을 통해), 그리고 월프-레이트 별을 포함한 화학적 진화 모델을 관측된 F/O 경향과 비교하였다.
• 금속성 지표로 [Fe/H]와 [O/H]를 사용하여 중심 부근 전역에서 플루오르인의 산소 대비 진화를 추적하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하 중심 부근에서 관측된 플루오르인 농도는 AGB 별과 Type II 초신성의 ν-과정만을 포함하는 모델과 일치하는가?
• RQ2 월프-레이트 별은 중심 부근의 플루오르인 생성에 어떤 역할을 하는가? 그리고 관측된 F/O 경향을 설명하기 위해 그 기여가 필수적인가?
• RQ3 왜 이전 연구들은 일관성 없는 플루오르인 농도를 보고하였으며, 이는 HF 분자의 불일치한 분자 데이터로 인한 것인가?
• RQ4 향후 농도 측정의 정확도를 향상시키기 위해 K- 및 L-밴드에 대해 일관된 HF 선 목록을 어떻게 구성할 수 있는가?
• RQ5 증가하는 [F/H]에 따라 [Zr/F]가 감소하는 관측 결과는 금속성에 따라 변화하는 플루오르인 공급원, 즉 월프-레이트 별이 필요하다는 것을 뒷받침하는가?

주요 결과

• 중심 부근에서 관측된 플루오르인-산소 농도 경향은 AGB 별과 Type II 초신성의 ν-과정만을 포함하는 모델가 예측한 것보다 더 급격히 기울어져 있어, 추가적인 생성 메커니즘이 필요하다는 것을 시사한다.
• 데이터는 월프-레이트 별이 중심 부근의 플루오르인에 필수적인 공급원임을 강력히 시사하며, 관측된 경향과 금속성 의존성을 설명할 수 있다.
• 이전 연구에서 HF 분자 데이터의 일관성 없음으로 인해, 특히 분할 함수와 해리 에너지의 불일치로 인해, 이전의 플루오르인 농도 측정 중 상당 부분이 약 0.3 dex 과대평가되었을 가능성이 크다.
• 이들은 K- 및 L-밴드에 대해 일관된 새로운 HF 선 목록을 제시하며, 23358.33 Å 선과 관련된 분할 함수를 포함하여 이전의 불일치를 해결하였다.
• 증가하는 [F/H]에 따라 관측된 [Zr/F] 경향은 AGB 별의 생성만으로는 일관되지 않으며, 월프-레이트 별과 같은 추가 공급원이 필요하다는 것을 추가로 뒷받침한다.
• 이 연구는 Type II 초신성의 ν-과정가 관측 범위 내에서 금속성 의존성이 없기 때문에 관측된 플루오르인 경향을 설명할 수 없다는 것을 확인하였다.