[论文解读] Line formation in solar granulation: V. Missing UV-opacity and the photospheric Be abundance

M. Asplund|ArXiv.org|Dec 11, 2003

Astro and Planetary Science参考文献 27被引用 29

一句话总结

本研究利用三维流体动力学太阳大气模型重新评估了太阳铍的丰度，证实缺失的紫外消光——主要来自未计入的Fe i束缚-自由跃迁——可解释313 nm处观测与预测的Be ii谱线强度之间的差异。分析结果得出的光球层铍丰度与陨石值高度一致，解决了长期以来太阳轻元素丰度不一致的问题。

ABSTRACT

The possibility of unaccounted for opacity sources in the UV for late-type stars has often been invoked to explain discrepancies between predicted and observed flux distributions and spectral line strengths. Such missing UV-opacity could among other things have a significant impact on abundance determination for elements whose only relevant spectral features are accessible in this wavelength region, such as Be. Here, the study by Balachandran & Bell (1998) is re-visited in the light of a realistic 3D hydrodynamical solar model atmosphere and the recently significantly downward revised solar O abundance obtained with the same model atmosphere. The amount of missing UV-opacity, if any, is quantified by enforcing that the OH A-X electronic lines around 313 nm produce the same O abundance as the other available diagnostics: OH vibration-rotation and pure rotation lines in the IR, the forbidden [OI] 630.0 and 636.3 nm lines and high-excitation, permitted OI lines. This additional opacity is then applied for the synthesis of the BeII line at 313.0nm to derive a solar photospheric Be abundance in excellent agreement with the meteoritic value, thus re-enforcing the conclusions of Balachandran & Bell. The about 50% extra opacity over accounted for opacity sources can be well explained by recent calculations by the Iron Project for photo-ionization of FeI.

研究动机与目标

• 使用最先进的三维流体动力学太阳大气模型，而非过时的一维模型，重新评估太阳光球层铍的丰度。
• 量化在313 nm区域为协调不同OH谱线推导出的氧丰度所需缺失的紫外消光量。
• 检验缺失的消光是否可归因于未计入的Fe i束缚-自由跃迁，如先前研究所述。
• 评估非局部热动平衡（non-LTE）效应、微湍流和分子化学不确定性对铍丰度测定的稳健性。
• 确认太阳光球层铍丰度是否与陨石值一致，从而解决轻元素丰度研究中长期存在的不一致问题。

提出的方法

• 采用三维流体动力学太阳大气模型（Asplund et al. 2000a）模拟真实的米粒组织和温度非均匀性。
• 使用辐射转移计算合成谱线，包括313 nm处的OH A-X跃迁和Be ii在313.0 nm处的谱线。
• 强制使通过紫外OH A-X谱线、红外OH谱线、禁阻[O i]谱线以及高激发态O i谱线推导出的氧丰度保持一致，以量化缺失的消光。
• 将推导出的缺失消光（约为已知来源的50%）应用于Be ii 313.0 nm谱线的合成，以推导出铍的丰度。
• 评估非局部热动平衡效应对Be ii谱线形成的影响，发现校正量可忽略（Δlog εBe < 0.02 dex）。
• 评估OH形成过程中LTE和平衡化学假设的有效性，结论是这些假设在相关大气层中是合理的。

实验结果

研究问题

• RQ1 在三维太阳模型中，为协调不同OH谱线系统推导出的氧丰度，313 nm区域所需的缺失紫外消光量是多少？
• RQ2 在包含真实三维大气模型的情况下，是否改变了Balachandran & Bell (1998)关于需额外消光以解释Be ii谱线强度的结论？
• RQ3 缺失的消光是否可由未计入的Fe i束缚-自由跃迁解释，如Iron Project计算所建议？
• RQ4 非局部热动平衡效应对Be ii谱线形成的影响有多大？
• RQ5 在改进的大气模型和更新的氧丰度下，光球层与陨石铍丰度的一致性是否依然稳健？

主要发现

• 313 nm区域所需的缺失紫外消光约为50%，略低于Balachandran & Bell (1998)在1D模型研究中估算的60%。
• 在考虑缺失消光后，推导出的光球层铍丰度与陨石值log εBe = 1.41高度一致。
• 缺失的消光可由未计入的Fe i束缚-自由跃迁良好解释，与近期Iron Project计算结果一致。
• 非局部热动平衡效应对Be ii谱线形成的影响可忽略，校正量小于0.02 dex，证实了LTE丰度测定的稳健性。
• 在三维模型中，通过多种诊断手段（OH A-X、红外OH、[O i]、高激发态O i）推导出的氧丰度一致性，支持了消光校正的可靠性。
• 本研究证实，太阳光球层中的锂已耗竭约140倍，而铍和硼相对于原始太阳值无显著耗竭。