[论文解读] Abundances of light elements in metal-poor stars. III. Data analysis and results

E. Carretta, R. Gratton+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 4被引用 8

一句话总结

本研究利用高分辨率光谱和改进的大气参数，对金属贫乏场星中的铁、碳、氮、氧、钠和镁的丰度进行了非局部热动平衡（non-LTE）分析。结果确认在金属贫乏星中（[Fe/H] < -0.8），氧的过量丰度几乎恒定，为0.46±0.02 dex，且与金属丰度无明显趋势；在未混合星中，碳和钠的丰度与铁呈比例关系，挑战了先前关于金属贫乏盘矮星存在碳过量的主张，原因在于修正后的T_eff标度。

ABSTRACT

We present the analysis of an extensive set of new and literature high quality data concerning Fe, C, N, O, Na, and Mg, exploiting the Teff scale determined in Gratton et al. (1996), and the non-LTE abundance corrections computed in Gratton et al. (1999). Results obtained with various abundance indices are discussed and compared. Our non-LTE analysis yields the same O abundances from both permitted and forbidden lines for stars with Teff&gt;4600 K, in agreement with King (1993), but not with other studies using a lower Teff-scale for subdwarfs. However we obtain slightly smaller O abundances for the most luminous metal poor field stars than for fainter stars of similar metallicities, an effect attributed to inadequacies of the adopted model atmospheres (Kurucz 1992, with overshooting) for cool stars. We find a nearly constant O overundance in metal poor stars ([Fe/H]&lt;-0.8), at a mean value of 0.46+-0.02 dex (sigma=0.12, 32 stars), with only a gentle slope with [Fe/H] (~ -0.1); this result is different from the steeper slope recently obtained using OH band in the near UV. If only 'bonafide' unmixed stars are considered, C abundances scale with Fe ones (i.e. [C/Fe]~ 0) down to [Fe/H]~ -2.5. Due to our adoption of a different Teff-scale, we do not confirm the slight C excess in the most metal poor disk dwarfs (-0.8&lt;[Fe/H]&lt;-0.4) found in previous studies. Na abundances scale as Fe ones in the high metallicity regime, while metal-poor stars present a Na underabundance. None of the field stars analyzed belong to the group of O-poor and Na-rich stars observed in globular clusters. Na is deficient with respect to Mg in halo and thick disk stars; within these populations, Na deficiency may be a slow function of [Mg/H]. Solar [Na/Mg] ratios are obtained for thin disk stars.

研究动机与目标

• 利用高分辨率光谱测定金属贫乏场星中轻元素（C、N、O、Na、Mg、Fe）的准确丰度。
• 评估非-LTE修正和改进的有效温度标度对丰度测定的影响。
• 解决先前研究中关于金属贫乏盘矮星碳过量丰度的争议。
• 研究氧、碳、钠和镁丰度随金属丰度和恒星类型的变化行为。
• 为未来基于一致、高质量丰度数据的银河系化学演化建模提供基础。

提出的方法

• 对19颗新恒星的高分辨率、高信噪比光谱进行分析，并辅以文献中的等效宽度数据。
• 所有元素均采用Gratton等人（1996a）的T_eff标度和Gratton等人（1999a）的非-LTE修正。
• 使用包含过冲效应的Kurucz模型大气进行恒星结构建模。
• 通过比较多个谱线和指数（如禁线和允许线）的丰度结果，确保一致性。
• 对铁、碳、氮、氧、钠和镁的谱线应用非-LTE修正，以校正偏离局部热动平衡的影响。
• 与先前研究（如Gratton等人1999b，Fuhrmann 1998）进行统计比较，以评估系统性差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 使用更高的T_eff标度是否能解决金属贫乏盘矮星中碳丰度测量的争议？
• RQ2 在正确考虑非-LTE效应时，由允许线和禁线得出的氧丰度是否一致？
• RQ3 在金属贫乏星中，[O/Fe]随[Fe/H]的真实变化趋势是什么？与使用OH带的先前估计相比如何？
• RQ4 在未混合的金属贫乏星中，碳和钠的丰度是否与铁成比例？是否存在先前报道的碳过量现象？
• RQ5 为何最明亮的金属贫乏星表现出略低于相似金属丰度的较暗恒星的氧丰度？

主要发现

• 对于T_eff > 4600 K的恒星，由允许线和禁线得出的氧丰度一致，证实了非-LTE分析的可靠性。
• 在金属贫乏星中（[Fe/H] < -0.8），氧的平均过量丰度为0.46±0.02 dex，且[Fe/H]每变化1 dex，其负斜率约为~ -0.1 dex，与使用OH带分析得出的更陡趋势相反。
• 最明亮的金属贫乏场星表现出略低于相似金属丰度的较暗恒星的氧丰度，这归因于Kurucz模型在冷却恒星中对过冲效应的处理不足。
• 在真实未混合的恒星中，碳丰度与铁丰度成比例（[C/Fe] ≈ 0），最低可达[Fe/H] ~ -2.5，与先前报道的金属贫乏盘矮星中存在中等程度碳过量的主张相矛盾。
• 钠丰度在高金属丰度恒星中与铁成比例，但在金属贫乏星中表现出缺量；无任何场星表现出球状星团中观测到的氧缺量和钠富集特征。
• 当使用一致的大气参数时，本研究与Gratton等人（1999b）在[Fe/H]、[C/Fe]和[O/Fe]上的平均差异极小（±0.05 dex以内），证实了结果的稳健性。