[論文レビュー] Barium abundance in red giants of NGC 6752. Non-local thermodynamic equilibrium and three-dimensional effects

V. Dobrovolskas, A. Kučinskas+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 14, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 44被引用数 10

ひとこと要約

本研究は、銀河団NGC 6752の20個の赤色巨星におけるバリウム（Ba II）線形成に及ぼす非局所熱力学的平衡（NLTE）および三次元（3D）大気効果を調査する。1D LTE、1D NLTE、3D LTEモデル大気を用いて解析した結果、NLTE効果により平均[Ba/Fe]は1D LTEの0.24 dexから1D NLTEの0.05 dexに顕著に低下するが、3D補正は相殺する寄与のため小さく（+0.05 dex）、最終的な3D+NLTE [Ba/Fe]は0.10 dexとなり、星間で固有の元素比分散は検出されない。

ABSTRACT

(Abridged) Aims: We study the effects related to departures from non-local thermodynamic equilibrium (NLTE) and homogeneity in the atmospheres of red giant stars in Galactic globular cluster NGC 6752, to assess their influence on the formation of Ba II lines. Methods: One-dimensional (1D) local thermodynamic equilibrium (LTE) and 1D NLTE barium abundances were derived using classical 1D ATLAS stellar model atmospheres. The three-dimensional (3D) LTE abundances were obtained for 8 red giants on the lower RGB, by adjusting their 1D LTE abundances using 3D-1D abundance corrections, i.e., the differences between the abundances obtained from the same spectral line using the 3D hydrodynamical (CO5BOLD) and classical 1D (LHD) stellar model atmospheres. Results: The mean 1D barium-to-iron abundance ratios derived for 20 giants are _{1D NLTE} = 0.05 \pm0.06 (stat.) \pm0.08 (sys.). The 3D-1D abundance correction obtained for 8 giants is small (~+0.05 dex), thus leads to only minor adjustment when applied to the mean 1D NLTE barium-to-iron abundance ratio for the 20 giants, _{3D+NLTE} = 0.10 \pm0.06(stat.) \pm0.10(sys.). The intrinsic abundance spread between the individual cluster stars is small and can be explained in terms of uncertainties in the abundance determinations. Conclusions: Deviations from LTE play an important role in the formation of barium lines in the atmospheres of red giants studied here. The role of 3D hydrodynamical effects should not be dismissed either, even if the obtained 3D-1D abundance corrections are small. This result is a consequence of subtle fine-tuning of individual contributions from horizontal temperature fluctuations and differences between the average temperature profiles in the 3D and 1D model atmospheres: owing to the comparable size and opposite sign, their contributions nearly cancel each other.

研究の動機と目的

• NGC 6752の赤色巨星におけるバリウム元素比の決定に、非局所熱力学的平衡（NLTE）および三次元（3D）大気効果が与える影響を評価すること。
• この銀河団の赤色巨星系列星に、バリウム元素比の固有の星間変動が存在するかどうかを特定すること。
• Ba II線に対する3D–1D元素比補正を定量的に評価し、大気モデルの差異を考慮した文脈でその重要性を検討すること。
• 同一の星のパラメータと原子データを用いて、1D LTE、1D NLTE、3D LTEのバリウム元素比を比較すること。
• 1Dモデルにおける微乱流速度の変更が3D–1D補正に与える影響を検証すること。

提案手法

• 20個のNGC 6752の赤色巨星に対して、古典的ATLAS9モデル大気を用いて1D LTEおよび1D NLTEバリウム元素比を導出する。
• 8個の下部赤色巨星系列星について、流体動力学的CO 5 BOLDおよび1D LHDモデル大気を用いて得られた3D–1D元素比補正を適用し、3D LTE元素比を算出する。
• 3Dおよび1Dモデルの両方で同一の星のパラメータ、透過率、状態方程式を用いて、厳密な相対的補正手法を採用する。
• すべての元素比決定において一貫性を保つために、同一の観測データセットからの高分解能分光データを用いる。
• 微乱流速度を1Dモデルで変化させることで感度テストを行い、3D–1D補正に与える影響を評価する。
• 1D NLTEおよび3D–1D補正を組み合わせ、統計的および系統的不確実性を考慮した最終的な3D+NLTE [Ba/Fe]元素比を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NLTE効果は、NGC 6752の赤色巨星におけるバリウム鉄比にどのように影響を及ぼすか？
• RQ2 Ba II線に対する3D–1D元素比補正の大きさと符号は何か？
• RQ3 温度不均一性と平均温度プロファイルの差異による相殺効果により、3D効果が相殺されるか？
• RQ4 NGC 6752の赤色巨星系列星に、バリウム元素比の固有の星間分散が存在するか？
• RQ5 1Dモデルにおける微乱流速度の選択が、3D–1D補正にどれほど敏感か？

主な発見

• 20個の赤色巨星の平均1D LTE [Ba/Fe]元素比は0.24 ± 0.05（統計）± 0.08（系統）dexである。
• NLTE補正を適用した後、平均1D NLTE [Ba/Fe]比は0.05 ± 0.06（統計）± 0.08（系統）dexに低下する。
• 8個の下部赤色巨星系列星に対する3D–1D元素比補正は小さく、平均で+0.05 dexであり、個々の補正は–0.03から+0.02 dexの範囲に収まる。
• 最終的な3D+NLTE [Ba/Fe]元素比は0.10 ± 0.08（統計）± 0.10（系統）dexであり、1D NLTE値からわずかに修正されたにとどまる。
• 小さなネット3D補正は、相殺の近似によるものである：Δ₃D–⟨₃D⟩ ≈ –0.1 dex および Δ⟨₃D⟩–₁D ≈ +0.1 dex であり、線強度に依存する。
• 20個の赤色巨星に、[Ba/Fe]の固有の元素比分散は検出されず、変動は測定不確実性と一致している。