[논문 리뷰] The solar photospheric abundance of carbon.Analysis of atomic carbon lines with the CO5BOLD solar model

E. Caffau, H.‐G. Ludwig외 6명|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|2010. 02. 12.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 39인용 수 56

한 줄 요약

이 연구는 CO5BOLD 3D 유체역학적 태양 모델과 Kiel 코드를 통한 비국소 열역학적 평형(NLTE) 보정을 사용하여 태양 광구 탄소 농도를 재평가한다. A(C) = 8.50 ± 0.06을 유도하였으며, 이는 이전의 3D 분석보다 약 0.1 dex 높고, 태양 금속성(Z = 0.0154)이 헬리오세이즘 제약 조건과 보다 잘 일치하도록 한다.

ABSTRACT

The use of hydrodynamical simulations, the selection of atomic data, and the computation of deviations from local thermodynamical equilibrium for the analysis of the solar spectra have implied a downward revision of the solar metallicity. We are in the process of using the latest simulations computed with the CO5BOLD code to reassess the solar chemical composition. We determine the solar photospheric carbon abundance by using a radiation-hydrodynamical CO5BOLD model, and compute the departures from local thermodynamical equilibrium by using the Kiel code. We measure equivalent widths of atomic CI lines on high resolution, high signal-to-noise ratio solar atlases. Deviations from local thermodynamic equilibrium are computed in 1D with the Kiel code. Our recommended value for the solar carbon abundance, relies on 98 independent measurements of observed lines and is A(C)=8.50+-0.06, the quoted error is the sum of statistical and systematic error. Combined with our recent results for the solar oxygen and nitrogen abundances this implies a solar metallicity of Z=0.0154 and Z/X=0.0211. Our analysis implies a solar carbon abundance which is about 0.1 dex higher than what was found in previous analysis based on different 3D hydrodynamical computations. The difference is partly driven by our equivalent width measurements (we measure, on average, larger equivalent widths with respect to the other work based on a 3D model), in part it is likely due to the different properties of the hydrodynamical simulations and the spectrum synthesis code. The solar metallicity we obtain from the CO5BOLD analyses is in slightly better agreement with the constraints of helioseismology than the previous 3D abundance results. (Abridged)

연구 동기 및 목표

• 최신 3D 유체역학적 시뮬레이션과 NLTE 보정을 활용하여 태양 광구 탄소 농도를 재평가하기.
• 스펙트로스코픽 태양 농도와 헬리오세이즘 제약 조건 간의 괴리, 특히 태양 금속성과 관련하여 해결하기.
• 업데이트된 유체역학적 모델(CO5BOLD)과 향상된 원자 데이터가 탄소 농도 측정에 미치는 영향 평가하기.
• 수소 충돌 감쇠 처리(S_H = 1/3)와 분석에서 선 선택에 기인한 불확도를 정량화하기.
• 스펙트로스코픽 농도 측정과 태양의 헬리오세이즘 관측 간의 일치성 향상시키기.

제안 방법

• 판심 중심 강도와 통합 디스크 흐름의 고해상도, 고신호대비비율 태양 아틀라스에서 98개의 독립적 C i 선의 등가폭 측정.
• CO5BOLD 3D 유체역학적 태양 모델을 사용하여 태양 대기와 복사전달을 시뮬레이션하는 스펙트럼 합성 수행.
• CO5BOLD 시뮬레이션의 1D 평균 온도 구조를 배경 모델로 사용하여 Kiel 코드를 통해 비국소 열역학적 평형 보정 계산.
• 이전 태양 농도 연구에서 선호된 값인 S_H = 1/3을 사용하여 수소 충돌 감쇠에 일관된 처리 적용.
• 통계적 오차와 체계적 오차 추정치를 조합하였으며, 후자는 주로 수소 충돌 효율성의 불확도에 의해 지배됨.
• 정확한 전이 확률(log gf) 확보를 위해 NIST 데이터베이스와 보조 자료(Biëmont et al. 1993; Asplund et al. 2005a) 사용.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CO5BOLD 3D 유체역학적 모델과 NLTE 보정을 사용할 때 태양 광구 탄소 농도는 얼마인가?
• RQ2 이 새로운 탄소 농도는 이전의 3D 기반 측정치와 비교하여 어떻게 다른가? 그리고 A(C) = 8.52 ± 0.06의 고전적 값과 비교하면 어떻게 되는가?
• RQ3 CO5BOLD 모델은 이전의 3D 모델에 비해 헬리오세이즘 제약 조건과 얼마나 더 잘 일치하는가?
• RQ4 유체역학적 모델의 차이와 선 선택, NLTE 처리의 차이로 인한 농도 결과의 차이가 얼마나 중요한가?
• RQ5 수소 충돌 감쇠 매개변수 S_H는 최종 탄소 농도 측정에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 권장되는 태양 탄소 농도는 A(C) = 8.50 ± 0.06이며, 오차는 통계적 오차(0.02 dex)와 체계적 오차(0.04 dex)의 선형 합이다.
• 이 값은 Asplund et al. (2005a)의 이전 3D 기반 측정치보다 약 0.1 dex 높으며, 고전적 값 8.52 ± 0.06에 더 가까워진다.
• 이 탄소 농도를 기반으로 최근 산소와 질소 농도와 함께 유도된 태양 금속성은 Z = 0.0154이며, Z/X = 0.0211로, Asplund et al. (2005b)의 Z = 0.0122 값보다 높다.
• 헬리오세이즘 제약 조건과의 개선된 일치는 CO5BOLD 모델과 이 농도 측정이 태양 내부 구조를 더 잘 재현하고 있음을 시사한다.
• 이 연구와 이전 3D 분석 간의 농도 결과 차이는 주로 더 큰 등가폭 측정치와 유체역학적 모델 및 스펙트럼 합성 코드의 차이로 인한 것이다.
• 수소 충돌 감쇠(S_H)의 불확도는 총 오차의 약 0.08 dex에 그치며, 이는 다양한 S_H 값에 대해 결과가 탄탄하다는 것을 나타낸다.