[논문 리뷰] Cu I resonance lines in turn-off stars of NGC 6752 and NGC 6397. Effects of granulation from CO5BOLD models

P. Bonifacio, E. Caffau외 1명|arXiv (Cornell University)|2010. 09. 09.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 45인용 수 15

한 줄 요약

이 연구는 볼로지컬 클러스터 NGC 6752와 NGC 6397의 전환 별에서 다중체 1(324.7 nm 및 327.3 nm)의 Cu I 공명선이 coppe르 농도 지표로 신뢰할 수 있는지 조사한다. 3D 유체역학적 CO5BOLD 모델 대기에서 이들 선에 대한 큰 3D LTE 보정치가 열성 항성에서 발견되었으나, 거대성에서의 Cu II 선에 대한 보정치는 작다. 결과적으로 다중체 1 선을 사용할 경우 열성 항성과 거대성 간에 뚜렷한 농도 불일치가 나타나며, 이는 이들이 신뢰할 수 없는 지표임을 시사한다. 또한 비-열역학적 평형(NLTE) 효과가 핵심적인 역할을 할 가능성이 있으며, 이 불일치를 해결하기 위해 전체 3D-NLTE 모델링이 필요하다고 제안한다.

ABSTRACT

Context. Copper is an element whose interesting evolution with metallicity is not fully understood. Observations of copper abundances rely on a very limited number of lines, the strongest are the Cu I lines of Mult. 1 at 324.7 nm and 327.3 nm which can be measured even at extremely low metallicities. Aims. We investigate the quality of these lines as abundance indicators. Method. We measure these lines in two turn-off (TO) stars in the Globular Cluster NGC 6752 and two TO stars in the Globular Cluster NGC 6397 and derive abundances with 3D hydrodynamical model atmospheres computed with the CO5BOLD code. These abundances are compared to the Cu abundances measured in giant stars of the same clusters, using the lines of Mult. 2 at 510.5 nm and 578.2 nm. Results. The abundances derived from the lines of Mult. 1 in TO stars differ from the abundances of giants of the same clusters. This is true both using CO5BOLD models and using traditional 1D model atmospheres. The LTE 3D corrections for TO stars are large, while they are small for giant stars. Conclusions. The Cu I resonance lines of Mult. 1 are not reliable abundance indicators. It is likely that departures from LTE should be taken into account to properly describe these lines, although it is not clear if these alone can account for the observations. An investigation of these departures is indeed encouraged for both dwarfs and giants. Our recommendation to those interested in the study of the evolution of copper abundances is to rely on the measurements in giants, based on the lines of Mult. 2. We caution, however, that NLTE studies may imply a revision in all the Cu abundances, both in dwarfs and giants.

연구 동기 및 목표

• 금속 농도가 낮은 전환 별에서 다중체 1(324.7 nm 및 327.3 nm)의 Cu I 공명선이 구리 농도 지표로 신뢰할 수 있는지 평가하기 위해.
• 동일한 클러스터에서 다중체 1(열성 항성에서)과 다중체 2(거대성에서)로 유도된 구리 농도 간의 격차가 모델링 한계 때문인지 물리적 효과 때문인지 조사하기 위해.
• 3D 유체역학적 모델 대기(CO5BOLD)와 LTE 대비 NLTE 효과가 농도 결정에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 관측된 열성 항성과 거대성 간의 농도 차이의 원인이 대기 파rameter의 불확실성인지 선형 형성 물리학인지 파악하기 위해.

제안 방법

• NGC 6752와 NGC 6397의 전환 별에 대해 CO5BOLD 코드를 사용하여 3D 유체역학적 모델 대기를 계산하였다.
• 네 명의 전환 별의 고해상도 UVES 스펙트럼에서 다중체 1(324.7 nm 및 327.3 nm)의 Cu I 선의 등가폭을 측정하였다.
• 1D 및 3D 모델 대기를 사용하여 LTE 조건 하에서 구리 농도를 유도하였다.
• 동일한 클러스터의 거대성에서 유도된 다중체 2(510.5 nm 및 578.2 nm)의 농도와 열성 항성에서 유도된 다중체 1의 농도를 비교하였다.
• 열성 항성과 거대성에서 둘 다에 대해 다중체의 3D LTE 보정치를 계산하고 분석하였다.
• 다중체 1 선의 기여 함수를 검토하여, 열성 항성에서의 LTE 근사의 타당성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 동일한 볼로지컬 클러스터의 거대성에서 다중체 2 선으로 유도된 농도와 비교할 때, 전환 별에서 다중체 1 선으로 유도된 구리 농도가 일관된가?
• RQ2 전환 별에서 다중체 1의 Cu I 선에 대한 3D LTE 보정치는 얼마나 크며, 거대성에서의 보정치와 비교해 볼 때 어떠한가?
• RQ3 열성 항성과 거대성 간의 관측된 농도 격차는 대기 파rameter 오류 때문인지, 본질적인 선 형성 효과 때문인가?
• RQ4 금속 농도가 낮은 열성 항성에서 다중체 1 선이 농도 지표로 신뢰할 수 있는 데 영향을 주는 비-열역학적 평형(NLTE) 효과는 어느 정도인가?
• RQ5 마이크로터뷰런스나 효율적 온도를 조정함으로써 관측된 농도 차이를 보정할 수 있는가?

주요 결과

• NGC 6752와 NGC 6397의 전환 별에서 다중체 1의 Cu I 선으로 유도된 구리 농도는 동일한 클러스터의 거대성에서 다중체 2의 Cu II 선으로 유도된 농도와 0.2에서 1.0 dex의 격차를 보인다.
• 열성 항성에서 다중체 1의 Cu I 선에 대해 큰 3D LTE 보정치(최대 약 0.4 dex)가 필요하며, 이는 상당한 비-LTE 효과를 시사한다.
• 반대로, 거대성에서 다중체 2의 Cu II 선에 대한 3D LTE 보정치는 작으며, 이는 이러한 별들에서는 3D 효과가 덜 영향을 미친다는 것을 시사한다.
• 열성 항성에서 다중체 1 선의 기여 함수는 이러한 선들이 LTE 근사가 붕괴되는 영역에서 형성됨을 나타내며, 이는 LTE 조건 하에서 신뢰할 수 없다는 것을 의미한다.
• 두 다중체 모두 측정된 유일한 별(Cl* NGC 6752 YGN 30)의 경우, 농도 격차는 0.5 dex이며, 1D 및 3D 모델 모두에서 유지된다.
• 두 클러스터에서 열성 항성과 거대성 간의 격차는 반대 방향으로 나타나며, 이는 NLTE 효과만으로는 불일치를 해결할 수 없고, 전체 3D-NLTE 처리가 필요하다는 것을 시사한다.