[論文レビュー] Stellar laboratories. V. The Xe VI ultraviolet spectrum and the xenon abundance in the hot DO-type white dwarf RE0503-289

T. Rauch, D. Hoyer+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 11被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、実験室測定から新たに計算されたXe VIの遷移強度を提示する。これにより、高温のDO型白色矮星RE 0503−289において、以前に未同定であった3本のXe VI紫外線線が正確に同定可能となった。非局所熱力学的平衡（NLTE）モデル大気を用いて、光球層におけるキセノンの質量比でlog Xe = −4.2 ± 0.6の濃度が確認された。これは、高精度な星間元素組成分析のためには、改善された原子データが不可欠であることを示している。

ABSTRACT

For the spectral analysis of spectra of hot stars with a high resolution and high signal-to-noise ratio (S/N), advanced non-local thermodynamic equilibrium (NLTE) model atmospheres are mandatory. These are strongly dependent on the reliability of the atomic data that are used for their calculation. Reliable Xe VI oscillator strengths are used to identify Xe lines in the ultraviolet spectrum of the DO-type white dwarf RE0503-289 and to determine its photospheric Xe abundance. We publish newly calculated oscillator strengths that are based on a recently measured Xe VI laboratory line spectrum. These strengths were used to consider their radiative and collisional bound-bound transitions in detail in our NLTE stellar-atmosphere models to analyze Xe VI lines exhibited in high-resolution and high S/N UV observations of RE0503-289. We identify three hitherto unknown Xe VI lines in the ultraviolet spectrum of RE0503-289 and confirm the previously measured photospheric Xe abundance of this white dwarf (log Xe = -4.2 +/- 0.6). Reliable measurements and calculations of atomic data are prerequisite for stellar-atmosphere modeling. Observed Xe VI line profiles in the ultraviolet spectrum of the white dwarf RE0503-289 were well reproduced with the newly calculated Xe VI oscillator strengths.

研究の動機と目的

• 高温星のスペクトル解析に不可欠なXe VIの原子データの信頼性を向上させること。
• DO型白色矮星RE 0503−289の紫外線スペクトルに未同定のまま残っていたXe VI線を同定すること。
• 更新された遷移強度を用いたNLTEモデル大気を用いて、RE 0503−289の光球層におけるキセノン濃度を確認すること。
• 改善された原子データが合成ラインプロファイルの再現性および元素組成の決定に与える影響を評価すること。
• 完全で高品質な原子データが、高温星における星間元素組成の不確実性を低減する上で不可欠であることを強調すること。

提案手法

• 243本のライン（うち146本は以前に分類されていなかった遷移）について、新たに測定されたXe VI実験室スペクトルを用いて、改善された遷移強度（log gf）を計算した。
• Tübingen NLTEモデル大気パッケージ（TMAP）を用いて、非局所熱力学的平衡（NLTE）モデル大気を適用し、更新されたXe VI原子データを組み込んだ。
• Tübingenモデル原子データベース（TMAD）を用いて、放射遷移および衝突による束縛状態間遷移を含むモデル原子を構築した。
• FUSEおよびHST/STISによる高分解能・高信噪比観測と合成スペクトルを比較し、ライン同定と元素組成の導出を実施した。
• Gallardoら（2015）の新しい遷移強度と、Biémontら（2005年）、Reyna Almandosら（2001年）の既存データを包括的に比較し、一貫性を検証した。
• モデル大気におけるキセノンのイオン化分率を評価し、ライン形成領域における支配的イオン化状態を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新たに計算されたXe VIの遷移強度は、RE 0503−289の紫外線スペクトルにおけるライン同定を向上させることができるか？
• RQ2 更新された遷移強度は、合成スペクトルと観測スペクトルのXe VIラインプロファイルとの一致度をどの程度向上させるか？
• RQ3 最新の原子データを用いた場合、高温のDO型白色矮星RE 0503−289の光球層におけるキセノン濃度はどの程度か？
• RQ4 RE 0503−289の大気におけるキセノンのイオン化平衡は、Xe VIおよびXe VIIラインの検出可能性にどのように影響を与えるか？
• RQ5 原子データが不完全または信頼性が低い場合、高温星における星間元素組成決定の正確性にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 新たに計算された遷移強度を用いて、RE 0503−289の紫外線スペクトルにこれまで未同定であった3本のXe VIラインが同定された。
• 更新された遷移強度を用いて計算された合成Xe VIラインプロファイルは、9件中2件において観測データと著しく良好な一致を示した。
• RE 0503−289の光球層におけるキセノン濃度は、log Xe = −4.2 ± 0.6（質量比）として確認され、Wernerら（2012b）による以前の推定値と整合的であった。
• ライン形成領域（−4 ≤ log m ≤ 0.5）においてXe VIが支配的であることが示され、次に顕著なイオン化状態はXe VIIであると判明した。
• 本研究では、高精度なNLTEモデリングおよび星間元素組成分析のためには信頼できる原子データが不可欠であることが確認された。
• Xe VIIの信頼できる遷移強度が欠落していることが、元素組成決定における広範な不確実性の要因となっており、今後の原子データの改善が強く求められる。