[논문 리뷰] Hot subdwarf stars in close-up view IV. Helium abundances and the $^3$He isotopic anomaly of subdwarf B star

S. Geier, U. Heber외 6명|arXiv (Cornell University)|2013. 07. 23.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 15

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 분광법을 사용하여 44개의 밝은 하위거성 B형 항성에서 헬륨 농도와 3He 동위원소 비정상성을 분석하여, 두 가지 별도의 헬륨 농도 시퀀스를 확인하고 27,000 K에서 31,000 K 사이에 집중된 8개의 항성에서 뚜렷한 3He 농도 증가를 규명하였다. 결과적으로, 복사확산 과정이 동위원소 비정상성을 이끌고 있으며, 주계열 B형 항성에서 관찰되는 패tern과 유사하다고 제안된다.

ABSTRACT

Atmospheric parameters and helium abundances of 44 bright subdwarf B stars have been determined. More than half of our sample consists of newly discovered stars from the Edinburgh Cape survey. We showed that effective temperatures and surface gravities can be derived from high resolution echelle spectra with sufficient accuracy. Systematic uncertainties have been determined by comparing the parameters derived from the high resolution data with the ones derived from medium resolution spectra. Helium abundances have been measured with high accuracy. Besides the known correlation of helium abundance with temperature, two distinct sequences in helium abundance have been confirmed. Significant isotopic shifts of helium lines due to an enrichment in $^{3}$He have been found in the spectra of 8 sdBs. Most of these stars cluster in a small temperature range between $27\,000\,{ m K}$ and $31\,000\,{ m K}$ very similar to the known $^{3}$He-rich main sequence B stars, which also cluster in such a small strip, but at different temperatures. Both the helium sequences and the isotopic anomaly are discussed.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 분광법을 사용하여 44개의 밝은 하위거성 B형 항성의 정확한 대기 파rameters와 헬륨 농도를 결정하기.
• 하위거성 B형 항성에서 관측된 이중성 헬륨 농도 분포의 기원을 조사하기.
• sdB 대기에서 3He 농도 증가를 나타내는 헬륨 선의 이sovotope 이동을 탐색하고 정량화하기.
• 3He 농도가 높은 sdB 항성의 온도 분포를 알려진 3He 농도가 높은 주계열 B형 항성과 비교하여 공통된 물리적 메커니즘의 존재 여부를 검증하기.
• 복사확산과 질량 손실이 sdB 항성 대기에서 원소 농도를 형성하는 데 미치는 영향을 평가하기.

제안 방법

• 고해상도 에클레 스펙트로스코피를 사용하여 효과적 온도와 표면 중력도를 높은 정확도로 유도하였다.
• 체계적 오차를 정량화하기 위해 중간 해상도 스펙트럼과 대조하여 대기 파rameters를 교차 검증하였다.
• 스펙트럼 선 피팅과 모델 대기 분석을 통해 높은 정밀도로 헬륨 농도를 측정하였다.
• 3He와 4He 기여를 고려한 시뮬레이션 스펙트럼과 비교하여 헬륨 선의 프로파일을 분석함으로써 이sovotope 이동을 식별하였다.
• 헬륨 농도와 3He 농도 증가의 온도 의존성을 분석하여 별도의 시퀀스와 비정상성을 규명하였다.
• 특히 3He의 온도 의존적 농도 증가를 설명하기 위해 확산 모델을 적용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 하위거성 B형 항성에서 헬륨 농도의 분포는 어떻게 되며, 이중성 행동을 보이는가?
• RQ2 3He 농도 증가를 나타내는 헬륨 선에서 뚜렷한 이sovotope 이동이 관찰되는가, 만약 그렇다면 어느 효과적 온도에서 발생하는가?
• RQ3 3He 농도가 높은 sdB 항성의 온도 범위는 3He 농도가 높은 주계열 B형 항성과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 복사확산과 같은 물리적 메커니즘이 sdB 항성에서 관측된 3He 이sovotope 비정상성을 설명할 수 있는가?
• RQ5 항성 바람 또는 기타 질량 손실 과정이 sdB 대기에서 헬륨과 3He 농도에 어느 정도의 영향을 미치는가?

주요 결과

• 고해상도 에클레 스펙트럼에서 효과적 온도와 표면 중력도를 고정밀도로 유도하였으며, 중간 해상도 데이터와의 비교를 통해 체계적 오차를 정량화하였다.
• 두 가지 별도의 헬륨 농도 시퀀스가 확인되었으며, 냉각된 온도에서 낮은 농도를 가지는 시퀀스와 더 뜨거운 온도에서 높은 농도를 가지는 시퀀스로 나뉘었다.
• 8개의 하위거성 B형 항성에서 3He 농도 증가로 인한 뚜렷한 이sovotope 이동이 감지되었으며, 이들은 27,000 K에서 31,000 K 사이의 좁은 온도 범위에 집중되어 있었다.
• 3He 농도가 높은 sdB 항성의 온도 분포는 알려진 3He 농도가 높은 주계열 B형 항성과 유사하며, 이들은 18,000 K에서 21,000 K 사이에 집중되어 있었다.
• 관측된 3He 농도 증가는 복사확산에 의해 가장 타당하게 설명되며, 이 과정에서 3He는 특정 온도 임계값에서 대기 중에 유지되고 4He는 침강한다.
• 31,000 K 이하의 온도에서 상한 헬륨 농도 시퀀스는 log y ≈ -2.5로 거의 일정하며, 더 높은 온도에서 상승하는 경향을 보이며, 주요 물리적 과정의 전이를 시사한다.