[论文解读] Isotopic lithium abundances in five metal-poor disk stars

P. E. Nissen, David L. Lambert+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 18, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 4被引用 4

一句话总结

本研究通过模型大气合成方法，利用高分辨率光谱分析五颗金属贫金属盘星的锂同位素比值（⁶Li/⁷Li）。在两颗恒星（HD68284 和 HD130551）中检测到⁶Li，其⁶Li/⁷Li比值为0.05，其余三颗恒星则未显示显著的⁶Li，且发现含⁶Li的恒星质量较高（1.05 M☉），而其他恒星质量为0.85–1.0 M☉，该结果支持标准宇宙射线生成模型，并伴有适度的⁶Li耗损。

ABSTRACT

High resolution (R=110000), very high S/N spectra, centered on the 6707.8A LiI line have been obtained with the ESO Coude Echelle Spectrometer for five, metal-poor (-0.8 < [Fe/H] < -0.6) disk stars in the turnoff region of the HR-diagram. The instrumental and stellar atmospheric line broadening have been determined from two unblended iron lines and used in a model atmosphere synthesis of the profile of the LiI line as a function of the lithium isotope ratio. This has led to a detection of 6Li in HD68284 and HD130551 with 6Li/7Li = 0.05, whereas the other stars, HR2883, HR3578 and HR8181, have 6Li/7Li close to zero. By comparing Teff-values and absolute magnitudes based on Hipparcos parallaxes with recent stellar evolutionary tracks, the masses of the stars have been derived. It is shown that the two stars with 6Li present have a significantly higher mass, M = 1.05 M(sun), than the other three stars for which values between 0.85 and 1.0 M(sun) are obtained. The results are discussed in terms of models for the galactic evolution of the light elements and depletion of the lithium isotopes in stellar envelopes. It is shown that the measured 6Li abundances are in agreement with standard cosmic ray production of 6Li in the galactic disk and a moderate depletion (0.5 dex) in the stars. Recent models for the evolution of 6Li including alpha + alpha fusion reactions and predicting a high lithium isotopic ratio, 6Li/7Li = 0.3 at [Fe/H] = -0.6, require a high degree of 6Li depletion (1.0 dex) to fit the observations. Furthermore, these models imply a 7Li abundance about 0.2 dex higher than observed for metal-poor disk stars.

研究动机与目标

• 测定金属贫金属盘星中锂同位素丰度（⁶Li/⁷Li），其[Fe/H]值在-0.8至-0.6之间。
• 研究恒星质量与演化状态在锂同位素耗损中的作用。
• 将理论模型中通过宇宙射线与核反应生成⁶Li的机制与观测数据进行对比。
• 评估观测到的⁶Li与⁷Li丰度是否与银河系演化模型的预测一致。

提出的方法

• 使用ESO Coude摄谱仪获取中心波长为6707.8 Å的LiI线附近、分辨率R = 110,000、信噪比高的高分辨率光谱。
• 通过两个未重叠的Fe I线测量仪器及恒星大气引起的线宽展宽，以模拟LiI线轮廓。
• 应用模型大气合成方法，根据⁶Li/⁷Li同位素比值函数拟合LiI线轮廓，以推导同位素丰度。
• 利用Hipparcos星体视差数据，结合演化轨迹图，推导恒星有效温度与绝对星等，估算恒星质量。
• 将观测到的⁶Li/⁷Li比值与通过宇宙射线散裂反应及⁴He + ⁴He聚变生成⁶Li的理论模型进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在[Fe/H] ≈ -0.6的金属贫金属盘星中，⁶Li/⁷Li同位素比值是多少？
• RQ2 通过演化轨迹图推导的恒星质量与⁶Li存在与否之间有何相关性？
• RQ3 观测到的⁶Li丰度是否与标准宇宙射线生成模型的预测一致？
• RQ4 能否将预测高⁶Li/⁷Li比值的模型（例如通过⁴He + ⁴He聚变）与观测结果相协调？

主要发现

• 在两颗恒星HD68284和HD130551中检测到⁶Li，其⁶Li/⁷Li比值为0.05。
• 其余三颗恒星（HR2883、HR3578、HR8181）未显示显著的⁶Li，其⁶Li/⁷Li比值与零一致。
• 含⁶Li的两颗恒星质量为1.05 M☉，而其余三颗恒星质量为0.85–1.0 M☉。
• 观测到的⁶Li丰度与标准宇宙射线生成⁶Li及适度耗损（0.5 dex）的模型一致。
• 预测高⁶Li/⁷Li比值的模型（例如在[Fe/H] = -0.6时比值达0.3）需经历强烈⁶Li耗损（1.0 dex）才能与观测结果匹配。
• 这些高⁶Li模型相对于金属贫金属盘星中观测到的值，高估了⁷Li约0.2 dex。