[논문 리뷰] The Hamburg/ESO R-process Enhanced Star survey (HERES). I. Project description, and discovery of two stars with strong enhancements of neutron-capture elements

N. Christlieb, Timothy C. Beers외 16명|University of Hertfordshire Research Archive (University of Hertfordshire)|2004. 08. 21.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 43인용 수 83

한 줄 요약

HERES 조사에서는 VLT/UVES의 스냅샷 분광법을 사용해 강한 r-과정 원소 농도가 높은 금속 빈도성 항성들을 식별한다. 이 조사에서는 [Eu/Fe] = 1.64 및 1.08인 두 개의 새로운 r-II 항성, CS 29497–004와 CS 29491–069를 발견하였으며, CS 29497–004의 원소 농도 패턴은 방사성 붕괴로 인해 0.3 dex의 Th 빈도가 낮아진 스케일드 수성계 r-과정 패턴과 잘 일치한다.

ABSTRACT

We report on a dedicated effort to identify and study metal-poor stars strongly enhanced in r-process elements ([r/Fe] > 1 dex; hereafter r-II stars), the Hamburg/ESO R-process Enhanced Star survey (HERES). Moderate-resolution (~2A) follow-up spectroscopy has been obtained for metal-poor giant candidates selected from the Hamburg/ESO objective-prism survey (HES) as well as the HK survey to identify sharp-lined stars with [Fe/H] < -2.5dex. For several hundred confirmed metal-poor giants brighter than B~16.5mag (most of them from the HES), ``snapshot'' spectra (R~20,000; S/N~30 per pixel) are being obtained with VLT/UVES, with the main aim of finding the 2-3% r-II stars expected to be among them. These are studied in detail by means of higher resolution and higher S/N spectra. In this paper we describe a pilot study based on a set of 35 stars, including 23 from the HK survey, 8 from the HES, and 4 comparison stars. We discovered two new r-II stars, CS29497-004 ([Eu/Fe] = 1.64 +/- 0.22) and CS29491-069 ([Eu/Fe] = 1.08 +/- 0.23). A first abundance analysis of CS29497-004 yields that its abundances of Ba to Dy are on average enhanced by 1.5dex with respect to iron and the Sun and match a scaled solar r-process pattern well, while Th is underabundant relative to that pattern by 0.3dex, which we attribute to radioactive decay. That is, CS29497-004 seems not to belong to the class of r-process enhanced stars displaying an ``actinide boost'', like CS31082-001 (Hill et al. 2002), or CS30306-132 (Honda et al. 2004b). The abundance pattern agrees well with predictions of the phenomenological model of Qian & Wasserburg.

연구 동기 및 목표

• 금속 빈도성 항성 중에서 r-과정 원소 농도가 높은 항성([r/Fe] > 1 dex), 특히 r-II 항성들을 식별하고 연구하는 것.
• 대규모 조사로 [Fe/H] < -2.5 dex의 금속 빈도 범위에서 r-II 항성의 빈도를 규명하는 것.
• 세부 농도 분석을 통해 금속 빈도성 항성에서 중성자 포획 원소의 핵합성 기원을 조사하는 것.
• Th/Eu 및 기타 동위원소 비율이 r-과정 강화 항성에서 연령 결정을 위한 크로노미터로 활용될 수 있는지 평가하는 것.
• 특히 [Fe/H] ≈ -2.0에서 -2.5 범위에서 r-II 항성이 가장 자주 발견되는 금속 빈도의 범위를 탐색하는 것.

제안 방법

• 헤를란드/ESO 및 HK 조사에서 유래한 35개의 금속 빈도성 거대 항성 후보자들에게 VLT/UVES를 사용해 중간 해상도(R ~ 20,000)의 스냅샷 분광법을 적용하였다.
• HES 및 HK의 목표 프리즘 조사에서 날카로운 선과 [Fe/H] < -2.5 dex를 기준으로 항성을 선별하였다.
• 스냅샷 스펙트럼을 기반으로 초기 농도 분석을 수행하여 r-I 및 r-II 항성을 식별하였으며, [Eu/Fe] 및 [Ba/Eu] 비율을 중심으로 분석하였다.
• 관측된 중성자 포획 원소 농도를 비교하기 위해 스케일드 수성계 r-과정 패턴을 기준으로 삼았다.
• 주요 농도 비율의 불확실성을 추정하기 위해 오차 분석 절차를 적용하였으며, log ε(Th/Eu)를 포함하였다.
• 정확한 농도 및 연령 결정을 위해 향후 고해상도 및 고신호대비비율 스펙트럼 촬영을 계획하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 금속 빈도성 거대 항성 중 [Fe/H] < -2.5 dex에서 진정으로 r-II 항성이 차지하는 비율은 얼마인가?
• RQ2 완전한 고해상도 후속 관측 없이도 스냅샷 분광법이 대규모 조사에서 r-II 항성을 효과적으로 식별할 수 있는가?
• RQ3 최근에 발견된 r-II 항성의 농도 패턴은 이론적 r-과정 모델 및 태양계 r-과정 잔여물과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 불확실성이 클 경우에도 Th/Eu 비율이 r-II 항성에서 신뢰할 수 있는 크로노미터로 기능하는가?
• RQ5 r-II 항성이 가장 자주 발견되는 금속 빈도의 범위는 무엇이며, 이는 이전의 가정과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 두 개의 새로운 r-II 항성이 발견되었으며, CS 29497–004의 [Eu/Fe] = 1.64 ± 0.22이고, CS 29491–069의 [Eu/Fe] = 1.08 ± 0.23이다.
• CS 29497–004의 농도 패턴은 철과 태양에 비해 Ba에서 Dy까지 평균 1.5 dex 높은 강도를 보이며, 스케일드 수성계 r-과정 패턴과 잘 일치한다.
• CS 29497–004의 우라늄(Th)은 r-과정 패턴 대비 0.3 dex 빈도가 낮아, 시간이 지남에 따른 방사성 붕괴와 일치한다.
• CS 29497–004는 CS 31082–001이나 CS 30306–132처럼 'actinide boost'를 보이지 않아 특정 actinide 생성 사건으로 인한 강화가 아님을 시사한다.
• CS 29497–004의 [Fe/H] = -2.64 ± 0.12로, 이는 이전에 알려진 r-II 항성들(일般적으로 [Fe/H] ≈ -3.0)보다 상당히 금속 빈도가 높은 편이다.
• 스냅샷 스펙트럼의 제한된 신호대비비율으로 인해 log ε(Th/Eu)에 대해 0.24 dex의 불확실성이 발생하여, 현재 단계에서는 Th/Eu 크로노미터를 사용한 의미 있는 연령 결정이 불가능하다.