[논문 리뷰] The formation of lithium lines in the atmospheres of super Li-rich AGB stars

C. Abia, Ya. V. Pavlenko외 1명|arXiv (Cornell University)|1999. 04. 30.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 1인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 평판평형 대기에서 20준위 리드 원자에 대한 비국소 열역학적 평형(NLTE) 모델링을 사용하여 초리드 풍부한 적색거성지름가운데(AGB) 별에서 리드 선 형성에 대해 연구한다. 비국소 열역학적 효과는 6708 Å의 공명선에 강한 영향을 미치지만, 보조선(4603, 6104, 8126 Å)에는 미미한 영향을 미치며, 따라서 탄소 풍부한 거대별에서 신뢰할 수 있는 리드 함량 측정을 위해 이 보조선을 권장한다. 다만 전체 대기 복잡성은 여전히 제한 요소로 남아 있다.

ABSTRACT

The formation of lithium lines in the atmosphere of C-rich giants is discussed. LTE and NLTE approximations are used to model lithium lines in the spectra of super Li-rich AGB stars. The system of equations of the statistical balance of neutral Li in plane-parallel model atmospheres is solved for a 20-level atom model. JOLA and line-by-line models of molecular absorption are used to compute synthetic spectra as well as the opacity in the frequencies of bound-bound and bound-free transitions of the lithium lines. Curves of growth and synthetic spectra are computed in LTE and NLTE for several model atmospheres of different Teff and C/O ratios for four lithium absorptions, namely: the $λ4603$, $λ6104$, $λ6708$ and $λ8126$ Å Li I lines. The sensitivity of the NLTE effects on Teff and the C/O ratio is discussed. We found that NLTE mainly affects the resonance line doublet ($λ6708$) while the impact of NLTE effects on the lithium subordinate lines, formed in the inner regions of C-rich giant atmospheres, is rather weak. Therefore the use of these lines is recommended for Li determination in AGB stars. However, in no case can we properly account for the formation of Li lines in AGB stars until sphericity, velocity stratifications, dust, chromospheres and other related phenomena, which are in fact present in AGB star atmospheres, are considered. Our results are used to derive Li abundances in three super Li-rich C-stars taking into account NLTE effects. Finally, the net Li yield from this class of stars into the interstellar medium is reconsidered.

연구 동기 및 목표

• 초리드 풍부한 탄소 풍부 AGB 별에서 리드 선 형성 메커니즘을 이해하기 위해.
• 비국소 열역학적 평형(NLTE) 효과가 다양한 스펙트럼 선에서 리드 선 형성에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• AGB 별에서 리드 함량 측정에 대해 특정 리드 선(4603, 6104, 6708, 8126 Å)의 신뢰성 평가하기 위해.
• NLTE 효과를 고려하여 이들 별군이 간성중성물질로 방출하는 순수 리드 수확량을 재평가하기 위해.

제안 방법

• 평판평형 모델 대기에서 통계적 평형 방정식을 해결하기 위해 중성 리드(Li I)의 20준위 원자 모델을 사용한다.
• JOLA 및 라인별로 처리하는 분자의 흡수 모델을 적용하여 유한한 결합 및 유한한 자유 전이에 대한 합성 스펙트럼과 투과율을 계산한다.
• 다양한 효율 온도(Teff)와 C/O 비율에서 LTE 및 NLTE 조건 하에서 합성 스펙트럼과 성장 곡선을 계산한다.
• 네 가지 리드 선에 대해 Teff와 C/O 비율에 따른 NLTE 효과의 민감도를 정량화한다.
• 세 개의 초리드 풍부한 탄소 별에서 NLTE 보정을 적용하여 리드 함량을 유도한다.
• NLTE 보정된 함량을 바탕으로 간성중성물질로의 순수 리드 수확량을 재평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비국소 열역학적 평형(NLTE) 효과는 초리드 풍부한 AGB 별 대기에서 리드 선 형성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 4603, 6104, 6708, 8126 Å의 리드 선 중에서 NLTE 조건 하에서 리드 함량 측정에 가장 강건한 것은 무엇인가?
• RQ3 효율 온도(Teff)와 탄소 대 산소(C/O) 비율의 변화가 NLTE 선 형성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 대기 복잡성 요소인 구형성, 속도 정렬, 먼지 등이 AGB 별에서 리드 선 형성에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ5 NLTE 효과를 적절히 고려할 경우, 초리드 풍부한 AGB 별에서 간성중성물질로 방출되는 순수 리드 수확량은 어떻게 재평가되는가?

주요 결과

• NLTE 효과는 6708 Å 공명선의 강도를 크게 변화시켜 보정 없이 함량 측정에 신뢰할 수 없게 만든다.
• 4603, 6104, 8126 Å의 보조리드 선은 NLTE 영향을 거의 받지 않아 탄소 풍부한 AGB 별에서 리드 함량 측정에 더 신뢰할 수 있다.
• NLTE 효과의 Teff 및 C/O 비율에 대한 민감도는 6708 Å 선에서 가장 강하고, 보조선에서는 가장 약하다.
• 세 개의 초리드 풍부한 탄소 별에 대해 NLTE 보정된 리드 함량이 유도되어 함량 추정의 정확도가 향상되었다.
• NLTE 효과를 적절히 고려할 경우, 초리드 풍부한 AGB 별에서 간성중성물질로 방출되는 순수 리드 수확량은 재평가되어 하향 조정되었다.
• 본 연구는 아직 고려되지 않은 대기 복잡성 요소인 구형성, 먼지, 크로모스피어 등으로 인해 현재 모델이 여전히 불완전하다고 결론을 내린다.