[논문 리뷰] The Hamburg/ESO R-process Enhanced Star survey (HERES) X. HE 2252-4225, one more r-process enhanced and actinide-boost halo star

L. Mashonkina, N. Christlieb외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 07. 21.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 129인용 수 19

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 VLT/UVES 스펙트럼을 사용하여 매우 금속 빈도가 낮은 거성 HE 2252–4225의 상세한 원소 농도 분석을 제시하며, [r/Fe] = +0.80로 r-과정 강화된 헬로 스타임을 확인한다. 이 별은 이sov계수를 크게 초과하는 Th/Eu 비율을 보이며, 젊은 별 연령 추정치 1.5 ± 1.5 Gyr를 제공하여, 초기 은하 핵합성 사건에서 다양한 r-과정 수확량이 존재함을 뒷받침하는 희귀한 r-II 별 그룹에 속한다.

ABSTRACT

We report on a detailed abundance analysis of the r-process enhanced giant star, HE 2252-4225 ([Fe/H] = -2.63, [r/Fe] = 0.80). Determination of stellar parameters and element abundances was based on analysis of high-quality VLT/UVES spectra. The surface gravity was calculated from the NLTE ionisation balance between Fe I and Fe II. Accurate abundances were determined for a total of 38 elements, including 22 neutron-capture elements beyond Sr and up to Th. This object is deficient in carbon, as expected for a giant star with Teff < 4800 K. The stellar Na-Zn abundances are well fitted by the yields of a single supernova of 14.4 Msun. For the neutron-capture elements in the Sr-Ru, Ba-Yb, and Os-Ir regions, the abundance pattern of HE 2252-4225 is in excellent agreement with the average abundance pattern of the strongly r-process enhanced stars CS 22892-052, CS 31082-001, HE 1219-0312, and HE 1523-091. This suggests a common origin of the first, second, and third r-process peak elements in HE 2252-4225 in the classical r-process. We tested the solar r-process pattern based on the most recent s-process calculations of Bisterzo et al. (2014) and found that elements in the range from Ba to Ir match it very well. No firm conclusion can be drawn about the relationship between the fisrt neutron-capture peak elements, Sr to Ru, in HE 2252-4225 and the solar r-process, due to the uncertainty in the solar r-process. The investigated star has an anomalously high Th/Eu abundance ratio, so that radioactive age dating results in a stellar age of tau = 1.5+-1.5 Gyr that is not expected for a very metal-poor halo star.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 분광법을 사용하여 매우 금속 빈도가 낮은 거성 HE 2252–4225의 정밀한 별성 파rameter와 원소 농도를 결정하기 위해.
• HE 2252–4225에서 중성자 포획 원소의 기원을 조사하고, 기준 r-II 별과의 농도 패턴을 비교하기 위해.
• 높은 Th/Eu 비율이 별 연령 측정과 r-과정 핵합성 메커니즘에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 최근의 s-과정 계산 기반 태양 r-과정 패턴을 기준으로 HE 2252–4225의 농도 패턴이 태양 r-과정 패턴과 얼마나 잘 일치하는지 평가하기 위해.
• 단일 r-과정 기원을 나타내는 [Sr/Eu] < -0.8 기준에 따라 HE 2252–4225가 r-II 클래스에 속하는지 확인하기 위해.

제안 방법

• 비국소 열역학 평형(NLTE) 상태에서 Fe I와 Fe II 선 간의 이온화 평형을 사용하여 별대기온(T_eff), 표면중력(log g), [Fe/H], ξ_t를 유도하였다.
• R ~ 20,000이고 4100 Å에서 픽셀당 S/N ~ 50인 고품질 VLT/UVES 스펙트럼을 사용하여 농도 분석을 수행하였다.
• C에서 Th에 이르는 38개 원소의 농도를 합성 스펙트럼 피팅과 선별 분석을 통해 결정하였다.
• 표면중력을 유도하고 농도 결정의 일관성을 확보하기 위해 NLTE 이온화 평형 방법을 적용하였다.
• 최근의 s-과정 계산 기반 태양 r-과정 패턴(Bisterzo 등 2014)을 비교 기준으로 사용하였다.
• 표준 r-과정 수확량을 가정하여 방사성 연령 측정을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 매우 금속 빈도가 낮은 거성 HE 2252–4225의 정밀한 별성 파arameter와 원소 농도는 무엇인가?
• RQ2 HE 2252–4225의 중성자 포획 원소 농도 패턴은 다른 r-II 별과 일치하는가? 이는 공통의 r-과정 기원을 나타내는가?
• RQ3 HE 2252–4225의 높은 Th/Eu 비율은 단일 r-과정 사건과 일치하는가, 아니면 이sov계수 생성 증가를 나타내는가?
• RQ4 HE 2252–4225에서 Ba에서 Ir에 이르는 관측된 농도 패턴이 최근의 s-과정 계산 기반 태양 r-과정 패턴과 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ5 Th/Eu로부터 유도된 1.5 ± 1.5 Gyr의 연령은 이 별의 핵합성 역사와 r-과정 수확량에 대해 무엇을 시사하는가?

주요 결과

• HE 2252–4225는 Fe I와 Fe II의 NLTE 이온화 평형을 통해 T_eff = 4710 K, log g = 1.65, [Fe/H] = -2.63, ξ_t = 1.7 km s⁻¹로 유도되었다.
• 각 원소에 대해 선 간 산란 ≤ 0.12 dex로 정밀한 농도가 확보되었으며, 이는 높은 측정 정밀도를 나타낸다.
• T_eff < 4800 K인 거성으로서 기대되는 바와 같이 탄소 빈도가 낮고, Na–Zn 농도 패턴은 14.4 M☉ 초신성 수확량에 잘 맞는다.
• HE 2252–4225에서 Sr에서 Ir에 이르는 농도 패턴은 r-II 별의 평균 패턴과 뛰어난 일치를 보이며, 고전적 r-과정에서의 공통 기원을 시사한다.
• HE 2252–4225의 Ba–Ir 농도 패턴은 최근의 s-과정 계산 기반 태양 r-과정 패턴(Bisterzo 등 2014)과 매우 잘 일치한다.
• 비정상적으로 높은 Th/Eu 비율은 1.5 ± 1.5 Gyr의 유도된 별 연령을 초래하며, 매우 금속 빈도가 낮은 헬로 별의 기대 연령와 불일치하여, 이는 이 별이 이sov계수 강화 별로 분류됨을 확인한다.