[論文レビュー] First determination of s-process element abundances in pre-main sequence clusters: Y, Zr, La, and Ce in IC 2391, the Argus association and IC 2602

V. D’Orazi, Gayandhi De Silva+1 more|Cineca Institutional Research Information System (Tor Vergata University)|Dec 19, 2016

Astro and Planetary Science被引用数 15

ひとこと要約

本研究は、原始系列星団IC 2391、アーガス association、IC 2602におけるs過程元素Y、Zr、La、Ceの最初の高分解能分光的決定を提示する。高S/Nデータを用いた差分スペクトル合成解析により、Baは強く増強されている（[Ba/Fe] ≈ 0.65 dex）が、他のすべてのs過程元素は太陽に比例する組成を示しており、若年星団における標準的なs過程核反応モデルに疑問を呈する。

ABSTRACT

Several high-resolution spectroscopic studies have provided compelling observational evidence that open clusters display a decreasing trend of their barium abundances as a function of the cluster's age. Young clusters (ages~200 Myr) exhibit significant enhancement in the [Ba/Fe] ratios, at variance with solar-age clusters where the Ba content has been found to be [Ba/Fe]~0 dex. Different viable solutions have been suggested in the literature, nevertheless, a conclusive interpretation of such a peculiar trend has not been found. Interestingly, it is debated whether the other species produced with Ba via s-process reactions do follow the same trend with age. Pre-main sequence clusters (~10-50 Myr) show the most extreme behaviour in this respect: their [Ba/Fe] ratios can reach 0.65 dex, which higher than the solar value by a factor of four. Crucially, there are no investigations of the other s-process species for these young stellar populations. In this paper we present, the first determination of Y, Zr, La, and Ce in clusters IC 2391, IC 2602 and the Argus association. The main objective of our work is to ascertain whether these elements reveal the same enhancement as Ba. Our results indicate that, at variance with Ba, all the other s-process species exhibit a solar scaled pattern: these clusters confirm a similar trend discovered in the slightly older local associations (e.g., AB Doradus, Carina Near), where only Ba exhibit enhanced value with all other s process species being solar. We have discussed several possible explanations such as e.g., chromospheric effects, departures from the LTE approximation, or the activation of a different nucleosynthesis chain. We cannot currently provide the definite answer to this question and future investigations from theoretical and observational perspectives are sorely needed.

研究の動機と目的

• 本研究は、若年原始系列星団におけるY、Zr、La、Ceのs過程元素組成を初めて決定することを目的とする。
• 若年星団（[Ba/Fe] ≈ 0.65 dexまで）で観測されたバリウムの増強が、他のs過程元素に対しても共通しているかどうかを検証することを目的とする。
• 若年星団における特異なバリウム増強が、標準的なs過程核反応と整合しているか、あるいは代替的なメカニズムを要するかを調査することを目的とする。
• やや古いassociation（例：AB Doradus、Carina-Near）での先行研究を、より若い原始系列星団に拡張することを目的とする。
• 非局所熱平衡（non-LTE）やコアスフィア活動が、異常なBaパターンを説明できるかどうかを評価することを目的とする。

提案手法

• ESOプログラム080.D-2002および082.C-0218から、高分解能・高S/N比分光データを取得する。
• 系統誤差を最小限に抑えるために、鉄族元素を基準として厳密な差分組成解析を実施する。
• 個々の吸収線からのY、Zr、La、Ceの組成を導出するために、スペクトル合成計算を実施する。
• すべての対象星において一貫した星気象パラメータ（Teff、log g、ξ）を用いることで、内部誤差を低減する。
• モデル大気とラインリストデータを用いて計算された合成スペクトルと観測されたラインプロファイルを比較する。
• 微乱拡散、非局所熱平衡効果、コアスフィア活動の感度テストを通じて、潜在的な系統誤差を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Ba以外のs過程元素、具体的にはY、Zr、La、Ceについて、原始系列星団でもBaと同様に増強されているか？
• RQ2 若年星団（10–50 Myr）で観測されたBa増強は、標準的なs過程核反応モデルと整合的か？
• RQ3 非局所熱平衡効果、コアスフィア活動、または微乱拡散が、新たな核反応過程を要さずに異常なBa組成を説明できるか？
• RQ4 古い近傍association（例：AB Doradus）で観測されたパターンが、より若い原始系列星団へと拡張可能か？
• RQ5 Ba過剰を説明するが、他のs過程元素に影響を与えない、例えばi過程のような代替核反応過程の証拠があるか？

主な発見

• IC 2391、アーガス、IC 2602における[Ba/Fe]比は最大で0.65 dexに達し、他の若年星団で観測された極端な増強を確認する。
• Y、Zr、La、Ceを含む他のすべてのs過程元素は、サンプル全体で[ X/Fe ] ≈ 0.0 dexの太陽に比例する組成を示す。
• [Y/Fe]、[Zr/Fe]、[La/Fe]、[Ce/Fe]比は、太陽系s過程パターンと整合的であり、Baのように増強されていない。
• 以前の古いassociation（例：D’Orazi et al. 2012；Reddy & Lambert 2015）での発見を確認・拡張し、Ba以外の元素が異常でないことが示された。
• Baと他のs過程元素との間の乖離は、標準的なs過程核反応では説明できないため、代替メカニズムの導入が求められる。
• 他のs過程元素を増強せずにBaを生成するi過程は、有望ではあるが未確認の説明であり、さらなる理論的・観測的検証が求められる。