[논문 리뷰] Stellar laboratories. VI. New Mo IV - VII oscillator strengths and the molybdenum abundance in the hot white dwarfs G191-B2B and RE0503-289

T. Rauch, P. Quinet외 4명|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 23.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 38인용 수 15

한 줄 요약

이 연구는 Mo iv–vii에 대한 새로운 비국소 열역학적 평형(NLTE) 진동자 강도를 제시하여, 뜨거운 백색왜성에서 모리브덴 농도를 처음으로 신뢰할 만하게 결정할 수 있게 하였다. Hubble 우주망원경/STIS 및 FUSE의 고해상도 우주선 스펙트럼을 사용하여, RE 0503−289와 G191−B2B의 스펙트럼에서 12개의 Mo v 및 9개의 Mo vi 선을 확인하였으며, RE 0503−289의 대기층에서 모리브덴 농도를 1.2–3.0×10⁻⁴(22,500–56,400× 태양 농도)로 추정하였다. G191−B2B에서는 Mo, Kr, Xe에 대한 상한선을 구하였고, 원자 데이터 접근을 위한 새로운 GAVO 가상 관측소 서비스를 도입하였다.

ABSTRACT

For the spectral analysis of high-resolution and high-signal-to-noise (S/N) spectra of hot stars, state-of-the-art non-local thermodynamic equilibrium (NLTE) model atmospheres are mandatory. These are strongly dependent on the reliability of the atomic data that is used for their calculation. To identify molybdenum lines in the ultraviolet (UV) spectra of the DA-type white dwarf G191-B2B and the DO-type white dwarf RE0503-289 and to determine their photospheric Mo abundances, newly calculated Mo IV - VII oscillator strengths are used. We identified twelve Mo V and nine Mo VI lines in the UV spectrum of RE0503-289 and measured a photospheric Mo abundance of 1.2 - 3.0 x 10**-4 (mass fraction, 22500 - 56400 times the solar abundance). In addition, from the As V and Sn IV resonance lines, we measured mass fractions of arsenic (0.5 - 1.3 x 10**-5, about 300 - 1200 times solar) and tin (1.3 - 3.2 x 10**-4, about 14300 35200 times solar). For G191-B2B, upper limits were determined for the abundances of Mo (5.3 x 10**-7, 100 times solar) and, in addition, for Kr (1.1 x 10**-6, 10 times solar) and Xe (1.7 x 10**-7, 10 times solar). The arsenic abundance was determined (2.3 - 5.9 x 10**-7, about 21 - 53 times solar). A new, registered German Astrophysical Virtual Observatory (GAVO) service, TOSS, has been constructed to provide weighted oscillator strengths and transition probabilities. Reliable measurements and calculations of atomic data are a prerequisite for stellar-atmosphere modeling. Observed Mo V - VI line profiles in the UV spectrum of the white dwarf RE0503-289 were well reproduced with our newly calculated oscillator strengths. For the first time, this allowed to determine the photospheric Mo abundance in a white dwarf.

연구 동기 및 목표

• 뜨거운 항성의 정확한 스펙트럼 분석을 위한 원자 데이터 신뢰성을 향상시키고, 특히 모리브덴과 같은 초철금속에 초점을 맞춘다.
• Mo iv–vii에 대한 정밀한 진동자 강도의 부족이 고해상도 우주선 스펙트럼에서의 정확한 농도 결정을 방해하는 문제를 해결한다.
• 뜨거운 백색왜성인 RE 0503−289와 G191−B2B의 우주선 스펙트럼에서 모리브덴 선을 식별한다.
• 최근 계산된 NLTE 모델 대기로 인해 RE 0503−289의 대기층에서 모리브덴 농도를 결정하고, G191−B2B에서의 상한선을 산정한다.
• 가중 진동자 강도와 전이 확률를 제공하는 새로운 가상 관측소 서비스(TOSS)를 개발하고 공개한다.

제안 방법

• 고도의 원자 구조 계산을 통해 Mo iv–vii의 새로운 진동자 강도를 계산하여 NLTE 항성대기 모델링의 정확성을 향상시켰다.
• TMAP NLTE 모델 대기 코드를 적용하여 RE 0503−289와 G191−B2B 대기에서 스펙트럼 선 형성의 시뮬레이션을 수행하였다.
• Hubble 우주망원경/STIS 및 FUSE의 고해상도, 고신호대비비율의 우주선 스펙트럼을 사용하여 Mo v, Mo vi, As v, Sn iv 및 기타 이온 선을 관측하였다.
• NLTE 모델에서 계산된 합성 스펙트럼과 관측된 선형형을 맞추어 원소 농도를 제약 조건을 설정하였다.
• 최근 계산된 진동자 강도와 전이 확률에 접근할 수 있도록 TOSS 가상 관측소 서비스를 구축하였다.
• 복사상승과 확산 모델링을 수행하여 백색왜성에서 관측된 초철금속 원소의 농도 패턴을 해석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Mo iv–vii의 정확한 진동자 강도는 무엇이며, 뜨거운 백색왜성 대기에서의 NLTE 모델링을 어떻게 향상시키는가?
• RQ2 RE 0503−289와 G191−B2B의 우주선 스펙트럼에서 명확하게 식별할 수 있는 모리브덴 선은 무엇인가?
• RQ3 DO형 백색왜성인 RE 0503−289의 대기층에서 모리브덴 농도는 얼마이며, DA형 백색왜성인 G191−B2B에서는 어떤 상한선이 존재하는가?
• RQ4 As, Sn, Kr, Xe 및 기타 초철금속 원소의 농도는 이들 항성에서 태양 농도와 비교하여 어떻게 되어 있으며, 초과 농도는 무엇에 의해 유도되는가?
• RQ5 복사상승은 이 뜨거운 백색왜성에서 관측된 무거운 원소의 농도 패턴을 어느 정도 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 새로 계산된 진동자 강도를 사용하여 DO형 백색왜성인 RE 0503−289의 우주선 스펙트럼에서 12개의 Mo v 및 9개의 Mo vi 선이 명확하게 식별되었다.
• RE 0503−289의 대기층에서 모리브덴 농도는 log Mo = −3.73 ± 0.2로 결정되었으며, 질량 분율로는 1.2–3.0×10⁻⁴(22,500–56,400× 태양 농도)에 해당한다.
• RE 0503−289에서 안산 농도는 log As = −5.08 ± 0.2(0.5–1.3×10⁻⁵, 300–1,200× 태양 농도)로 측정되었고, Sn 농도는 log Sn = −3.69 ± 0.2(1.3–3.2×10⁻⁴, 14,300–35,200× 태양 농도)였다.
• G191−B2B에서 모리브덴에 대한 상한선은 5.3×10⁻⁷(100× 태양 농도), 크립톤은 1.1×10⁻⁶(10× 태양 농도), 크세논은 1.7×10⁻⁷(10× 태양 농도)였으며, 안산 농도는 2.3–5.9×10⁻⁷(21–53× 태양 농도)였다.
• RE 0503−289에서 관측된 Mo v 및 Mo vi 선형형은 새로운 진동자 강도를 사용한 NLTE 모델에 의해 잘 재현되었으며, 원자 데이터와 농도 결정의 타당성을 검증하였다.
• Mo iv–vii 및 기타 원소에 대한 새로 계산된 가중 진동자 강도와 전이 확률에 접근할 수 있도록 새로운 가상 관측소 서비스인 TOSS(http://dc.g-vo.org/TOSS)를 구축하였다.