[論文レビュー] An in-depth spectroscopic examination of molecular bands from 3D hydrodynamical model atmospheres. II. Carbon-enhanced metal-poor 3D model atmospheres

A. J. Gallagher, E. Caffau+5 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Jan 31, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 18被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、炭素過剰金属貧乏星（CEMP星）における3D流体力学的モデル大気と合成スペクトルに、CNO元素の過剰度、特にC/O比が与える影響を調査する。CO 5 BOLDを用いて計算された3Dモデル大気と、Linfor3Dを用いた合成スペクトルを用い、C/O比がモデル構造およびスペクトル線形成（特にGバンドおよびCNバンド）に顕著な影響を及ぼすことが判明した。一方で、全体の金属量の影響は小さい。主な貢献は、モデルと合成の間でC/O比が異なる場合、3D元素量補正が信頼できないことであり、CEMP星における正確な分光測定には、個別に設計された3Dモデルが不可欠であるということである。

ABSTRACT

Context. Tighter constraints on metal-poor stars we observe are needed to better understand the chemical processes of the early Universe. Computing a stellar spectrum in 3D allows one to model complex stellar behaviours, which cannot be replicated in 1D. Aims. We examine the effect that the intrinsic CNO abundances have on a 3D model structure and the resulting 3D spectrum synthesis. Methods. Model atmospheres were computed in 3D for three distinct CNO chemical compositions using the CO 5 BOLD model atmosphere code, and their internal structures were examined. Synthetic spectra were computed from these models using Linfor3D and they were compared. New 3D abundance corrections for the G-band and a selection of UV OH lines were also computed. Results. The varying CNO abundances change the metal content of the 3D models. This had an effect on the model structure and the resulting synthesis. However, it was found that the C/O ratio had a larger effect than the overall metal content of a model. Conclusions. Our results suggest that varying the C/O ratio has a substantial impact on the internal structure of the 3D model, even in the hot turn-off star models explored here. This suggests that bespoke 3D models, for specific CNO abundances should be sought. Such effects are not seen in 1D at these temperature regimes.

研究の動機と目的

• 金属貧乏星における固有のCNO元素過剰度が3D流体力学的モデル大気およびそれらに由来する合成スペクトルに与える影響を理解すること。
• C/O比がモデルと合成で異なる場合、特にGバンドおよびUV OH線に対して3D元素量補正の信頼性がどうなるかを評価すること。
• 計算ドメイン外での線形成が生じる条件を同定し、標準3DモデルがCNO過剰度の変化により不正確になる理由を特定すること。
• 3D効果（特にCNバンドのような分子バンド）が1Dモデルでは捉えられないこと、ならびにモデルと合成の両方で一貫したCNO過剰度が必要であることを示すこと。

提案手法

• 3つの異なるCNO組成を用いて、T_eff = 6250 K、log g = 4.0、[Fe/H] = -3.0の条件下でCO 5 BOLDコードを用いて3Dモデル大気を計算した。
• Linfor3Dコードを用いて、モデルと合成の両方で一貫したおよび一貫しないCNO過剰度を持つモデルから合成スペクトルを生成し、比較を行った。
• スペクトル合成はLTE仮定のもとで実施され、深さ依存性を評価するために寄与関数を用いて線形成を分析した。
• GバンドおよびUV OH線の3D補正は、3D合成プロファイルと1Dフィットの比較から算出し、C/O比が異なる場合の不一致を特定した。
• CNO過剰度の違いに起因する流体力学的差を検出するために、モデル間のモデル構造およびgranulationパターンを比較した。
• C/O > 1.0がCNバンド形成に与える影響を分析し、特に3Dモデルにおける計算ボックス外での線形成のリスクを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 C/O比は、金属貧乏星の3D流体力学的モデルにおける熱的構造および大気力学にどのように影響を与えるか？
• RQ2 CNO過剰度の変化（特にC/O）が合成スペクトルに与える影響は、全金属量の変化に比べてどの程度顕著か？
• RQ3 C/O比がモデルと合成で異なる場合、なぜGバンドおよびUV OH線の3D元素量補正が不一致を示すのか？
• RQ4 C/O > 1.0のとき、標準3DモデルがCNバンドプロファイルを正確に再現できない理由は何か？
• RQ5 3DモデルがC/O比に強く依存する場合、1DモデルはCEMP星のスペクトル特徴を信頼性を持って再現できるか？

主な発見

• C/O比は、Turn-off星に見られる高温度でも、全体の金属量よりも3Dモデル構造および合成スペクトルに大きな影響を与える。
• C/O > 1.0のとき、3DモデルではCNバンド形成の顕著な部分が計算ドメイン外に位置し、合成スペクトルおよび元素量補正が信頼できなくなる。
• C/O比が不一致な合成（例：モデルAを用いたSAB）では、温度および形成深さの不一致により、Gバンドの3D補正が過剰に見積もられる。
• モデルと合成の両方でC/O比を一貫させた場合（例：SBおよびSC）、信頼性の高い3D補正が得られ、モデルと合成の一貫性が正確な元素量決定に不可欠であることが確認された。
• 3D効果（特に分子バンドのCN）は1Dモデルでは捉えられない。1Dスペクトルは化学組成の不一致に対して感度を示さないが、3Dではその影響が顕著に現れる。
• C/O > 1.0のCEMP星では、CNO過剰度が一致する個別に設計された3Dモデルが必要であり、標準モデルではスペクトル特徴を正確に再現できない。