[論文レビュー] Lithium in the Globular Cluster NGC 6397: Evidence for dependence on evolutionary status

J. I. Gónzalez Hernández, P. Bonifacio+7 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 42被引用数 46

ひとこと要約

本研究では、金属量が乏しい球状星団NGC 6397の主系列星および準巨星のリチウム含有量を、3次元流体力学的モデル大気を用いて分析した。準巨星では主系列星よりも顕著に0.1 dex高いリチウム含有量が得られ、温度が低下するに従ってリチウムが減少する傾向が示された。これは、現在の星のモデルでは説明できない進化段階依存のリチウム減少を示すものである。

ABSTRACT

Most Globular Clusters are believed to host a single stellar populations. They can thus be considered a good place to study the Spite plateau and probe for possible evolutionary modifications of the Li content. We want to determine the Li content of subgiant (SG) and Main Sequence (MS) stars of the old, metal-poor globular cluster NGC 6397. This work was aimed not only at studying possible Li abundance variations but to investigate the cosmological Li discrepancy. Here, we present FLAMES/GIRAFFE observations of a sample of 84 SG and 79 MS stars in NGC 6397 selected in a narrow range of B-V colour and, therefore, effective temperatures. We determine both Teff and A(Li) using 3D hydrodynamical model atmospheres for all the MS and SG stars of the sample. We find a significant difference in the Li abundance between SG stars and MS stars, the SG stars having an A(Li) higher by almost 0.1 dex on average. We also find a decrease in the A(Li) with decreasing Teff, both in MS and SG stars, albeit with a significantly different slope for the two classes of stars. This suggests that the lithium abundance in these stars is, indeed, altered by some process, which is Teff-dependent. The Li abundance pattern observed in NGC 6397 is different from what is found among field stars, casting some doubt on the use of Globular Cluster stars as representative of Population II with respect to the Li abundance. None of the available theories of Li depletion appears to satisfactorily describe our observations.

研究の動機と目的

• 金属量が乏しい球状星団NGC 6397の主系列星および準巨星におけるリチウム含有量を測定すること。
• 以前の矛盾する結果が示唆するように、リチウム含有量が進化段階に応じて変化するかどうかを調査すること。
• スパイトの平板が原始的リチウムの代理指標として有効かどうかを、星団星におけるリチウムの挙動を検討することで検証すること。
• 古く金属量が乏しい星における星の進化および内部プロセスがリチウム減少に与える影響を評価すること。
• リチウム減少に関する現在の理論が、第II星族星におけるリチウム含有量のパターンと整合しているかどうかを評価すること。

提案手法

• 主系列星79個および準巨星84個の、B-V色が狭い範囲に限定されたNGC 6397の高分解能FLAMES/GIRAFFEスペクトルを取得し、温度分散を最小限に抑えた。
• 1次元および3次元流体力学的モデル大気を用いて効果的温度を決定し、Hαラインプロファイルのフィッティングにより検証を行った。
• 670.8 nmの二重線から得られるリチウム等価幅を測定し、3次元モデル大気を用いてリチウム含有量（A(Li)）を導出した。
• 赤外線フラックス法（IRFM）の色温度と過去の研究とを比較し、温度スケール依存性を評価した。
• Lindら（2009年）の代替等価幅を用いて再分析を行い、測定差異に対する結論の頑健性を検証した。
• 理論的等時曲線を用いて、原子拡散、乱流混合、内部重力波のリチウム減少への影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 6397におけるリチウム含有量は、主系列星と準巨星の間で進化段階に応じて系統的に変化するか？
• RQ2 NGC 6397の主系列星および準巨星において、リチウム含有量は効果的温度にどのように変化するか？
• RQ3 観測されたリチウム含有量のパターンは、現在の第II星族星におけるリチウム減少モデルと整合しているか？
• RQ4 効果的温度スケールの違いが、リチウム含有量トレンドの解釈にどの程度影響を及えるか？
• RQ5 NGC 6397における観測されたリチウム挙動は、標準的な星の進化プロセスで説明可能か、それとも新しい物理学の導入が必要か？

主な発見

• NGC 6397の準巨星では、主系列星と比較して平均して0.1 dex高いリチウム含有量を示している。
• 主系列星および準巨星の両方において、効果的温度が低下するに従ってリチウム含有量が減少するが、その低下率は準巨星で顕著に急峻である。
• 観測されたリチウム含有量のパターンは、場のハロー星で見られるものとは異なり、球状星団の星が第II星族のリチウム含有量に関して代表的でない可能性を示唆している。
• 以前の研究（例：Kornら 2006, 2007; Lind ら 2009）と比較してのリチウム含有量トレンドの乖離は、主に効果的温度スケールの違いに起因している。
• Lind らの等価幅と我々の温度スケールを用いた再分析により、同じ主要な結果が得られ、測定差異に対して頑健であることが確認された。
• 観測された挙動は、原子拡散、乱流混合、または内部重力波を含む現在のリチウム減少モデルでは説明できないため、新たな理論的展開が求められる。