[論文レビュー] Analysis of 26 Barium Stars II. Contributions of s-, r- and p-processes in the production of heavy elements

D. M. Allen, B. Barbuy|ArXiv.org|Apr 4, 2006

Nuclear physics research studies参考文献 54被引用数 23

ひとこと要約

本研究では、分光データを用いて26個のバリウム星を分析し、重元素生成におけるs-、r-、p過程の寄与を定量化する。中性子捕獲断面積×同位体分画（σN）曲線を理論的モデルにフィットさせることで、バリウム星におけるs過程のメイン成分が太陽の同位体組成とよく一致することが判明し、中性子露出（τ₀）は0.2〜0.8の範囲にあり、AGB同伴星からの質量移動を伴う二重星進化を支持する。

ABSTRACT

Barium stars show enhanced abundances of the slow neutron capture (s-process) heavy elements, and for this reason they are suitable objects for the study of s-process elements. The aim of this work is to quantify the contributions of the s-, r- and p-processes for the total abundance of heavy elements from abundances derived for a sample of 26 barium stars. The abundance ratios between these processes and neutron exposures were studied. The abundances of the sample stars were compared to those of normal stars thus identifying the fraction relative to the s-process main component. The fittings of the sigmaN curves (neutron capture cross section times abundance, plotted against atomic mass number) for the sample stars suggest that the material from the companion asymptotic giant branch star had approximately the solar isotopic composition as concerns fractions of abundances relative to the s-process main component. The abundance ratios of heavy elements, hs, ls and s and the computed neutron exposure are similar to those of post-AGB stars. For some sample stars, an exponential neutron exposure fits well the observed data, whereas for others, a single neutron exposure provides a better fit. The comparison between barium and AGB stars supports the hypothesis of binarity for the barium star formation. Abundances of r-elements that are part of the s-process path in barium stars are usually higher than those in normal stars,and for this reason, barium stars seemed to be also enriched in r-elements, although in a lower degree than s-elements. No dependence on luminosity classes was found in the abundance ratios behaviour among the dwarfs and giants of the sample barium stars.

研究の動機と目的

• バリウム星における重元素の縁収率に寄与するs-、r-、p過程の相対的寄与を定量化すること。
• σN曲線フィッティングを用いて、移動した物質の同位体組成が太陽系混合と一致するかどうかを特定すること。
• s過程における中性子露出（τ₀）を評価し、後AGB星と比較することで、二重星進化モデルの妥当性を検証すること。
• 光度クラス（矮星対巨星）がバリウム星の縁収率比に影響を与えるかどうかを調査すること。
• 理論的予測と通常星およびAGB星からの観測データとを比較し、s過程の縁収率パターンの整合性を評価すること。

提案手法

• ESOおよびLNAのデータを用いた26個のバリウム星の分光的縁収率解析。大気パラメータは反復的かつ逐次的に導出される。
• 通常星の重元素縁収率と比較することで、s過程メイン成分の寄与を分離する。
• 観測されたσN曲線（中性子捕獲断面積×縁収率 vs. 原子質量数）を、さまざまな中性子露出（τ₀）を持つ理論的モデルにフィットさせる。
• 太陽の同位体組成を基準として、各元素におけるs過程メイン成分の割合を推定する。
• 観測データへのフィットの良さに基づき、単一露出モデルと指数関数的露出モデルの両方を評価する。
• 核合成過程と金属量傾向を評価するため、縁収率比 [s/Fe]、[ls/Fe]、[hs/Fe]、[hs/ls] および τ₀ を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バリウム星における重元素縁収率に寄与するs-、r-、p過程の相対的寄与は何か？
• RQ2 AGB同伴星から移動したs過程物質の同位体組成は、太陽系混合と一致するか？
• RQ3 バリウム星におけるs過程のなかでの中性子露出（τ₀）の範囲と挙動は何か？金属量に依存するか？
• RQ4 バリウム星の縁収率比は、s過程核合成の理論的予測と整合性があるか？
• RQ5 本サンプルにおいて、縁収率比に光度クラス（矮星対巨星）の依存性があるか？

主な発見

• σN曲線フィッティングにより確認されたように、バリウム星におけるs過程メイン成分は太陽の同位体組成とよく一致する。
• 中性子露出τ₀は0.2〜0.8の範囲にあり、一部の星では単一露出モデルが、他の星では指数関数的露出モデルがより良いフィットを示す。
• [hs/ls] 対 τ₀ の関係は直線的増加を示し、理論的予測と整合的であり、理論曲線よりも分散が小さい。
• 縁収率比 [s/Fe]、[ls/Fe]、[hs/Fe] はそれぞれ金属量範囲内で0.45〜1.6、0.4〜1.6、0.7〜1.75の範囲で変動する。
• 縁収率比に光度クラス（矮星対巨星）の顕著な依存性は認められず、進化段階を問わず一貫性があることが示された。
• Eu、Sm、Gd、Dy などのr元素はバリウム星でわずかに強化されているが、s元素ほどではない。これは、それらがA ≈ 209までのs過程鎖に含まれるためである。