[論文レビュー] A Phoenix Modelatmosphere Grid For GAIA

I. Brott, P. H. Hauschildt|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2005

Geophysics and Gravity Measurements被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、ガリレオミッションのための44,000個の合成スペクトルの包括的なグリッドを提示している。PHOENIXコードを用いて計算され、有効温度は2,700 Kから10,000 K、重力加速度は-0.5から5.5、金属量は[Z/H] = -4.0から+0.5、アルファ要素の過剰は可変である。モデルは完全な非局所熱力学的平衡（NLTE）放射移動と動的ライン選択、詳細な状態方程式を用いており、後期星の高精度スペクトル合成を可能にするとともに、ガリレオの光度測定および分光分析システムを支援する。

ABSTRACT

We present the results of a set of model atmospheres and synthetic spectra computed with the PHOENIX code. The models cover a range of effective temperatures 2700 K <= T_eff <= 10 000 K, gravities (-0.5 <= log(g)<= 5.5) and metalicities (-4.0 <= [Z/H] <= +0.5). In addition, variations of alpha elements are considered for each metalicity. The models are computed with a homogeneous set of input data in order to allow for direct relative comparison between the models. For example, all models use a mixing length of l/H_p = 2.0. We provide synthetic spectra with a resolution of 0.2 nm from the UV to the infrared for all models. We give a brief overview of the input physics and show illustrative results. All synthetic spectra are available via ftp: ftp.hs.uni-hamburg.de/pub/outgoing/phoenix/GAIA

研究の動機と目的

• 星のパラメータ推定のため、一貫性があり高分解能の合成スペクトルグリッドを提供することで、ガリレオ宇宙ミッションを支援すること。
• 完全な放射移動とNLTEライン物理学を用いて、温度、重力、金属量、アルファ要素過剰の影響を星の大気においてモデル化すること。
• 均一で公開可能なモデルグリッドを提供することで、後期星の正確な光度測定および分光分析を可能にすること。
• 冷却星において分子吸収率とダスト形成が重要な役割を果たす分野への合成スペクトルの適用範囲を拡大すること。
• 将来的に、ガリレオの文脈で50,000 Kまでのより高温の星に対するNLTE拡張を可能にする基盤を築くこと。

提案手法

• PHOENIX v13コードは、固定された混合長パラメータ l/Hp = 2.0 を用いて、1次元の球対称星の大気をLTEで計算する。
• モデルは、約7億個のラインを含むマスターリストから動的選択された原子および分子ラインを使用し、各波長点で局所的にライン吸収率を計算する。
• 詳細な状態方程式には約1,000種の物質が含まれており、T_eff < 2,700 K の場合、ダスト形成が光球面以下で発生し、沈殿すると仮定する。
• 完全な非LTE放射移動を用い、特殊相対性理論効果を含めた、UVから赤外域まで0.2 nm解像度の合成スペクトルを計算する。
• アルファ要素過剰の可変性（[α/α⊙] は -0.2 から +0.8）を含め、金属量が多くアルファ過剰の星の集団をモデル化する。
• すべてのモデルは、AME分子ラインリスト（H2OおよびTiO）と一定の微乱流速度2 km/sを含む一貫した入力物理パラメータセットで計算されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 有効温度の変動が、後期星のスペクトルエネルギー分布およびラインブランケットに与える影響は何か？
• RQ2 重力が金属量が多くも少ない大気におけるバルマー線プロファイルおよび分子ライン形成に与える影響は何か？
• RQ3 アルファ要素過剰が、冷却で金属量の多い星のスペクトル的外観に与える影響は何か？
• RQ4 金属量の多い星の大気において、金属ラインがUV領域の吸収率を支配する程度はどの程度か？
• RQ5 合成スペクトルが、ガリレオの光度測定および分光分析補正のための全UV〜赤外域で観測された特徴をどの程度正確に再現できるか？

主な発見

• 低温（T_eff < 4,000 K）では金属が吸収率を支配し、特にUV領域でスペクトルエネルギー分布が長波長側にシフトする。
• 高温（T_eff > 7,000 K）では、金属のイオン化により水素がスペクトルを支配し、金属の吸収率寄与が減少する。
• 低い重力は、高温で金属量が少ない星においてバルマージャンプを強化するが、金属量の多い星では、圧力依存の状態方程式による分子ライン形成に重力が影響する。
• アルファ要素過剰の変動はスペクトルに測定可能なが、わずかな影響を及ぼし、冷却で金属量の多い星においてはより顕著になる。
• 動的ライン選択と完全なラインブランケットの組み込みにより、強力な分子特徴を示すM型矮星においても、スペクトル合成の正確性が顕著に向上する。
• 44,000個のモデルおよびスペクトルからなる全グリッドは、FTP経由で公開されており、ftp.hs.uni-hamburg.de/pub/outgoing/phoenix/GAIA からガリレオデータ解析に使用可能である。