[论文解读] The Core-Wing Anomaly of Cool Ap Stars: Abnormal Balmer Profiles

Charles R. Cowley, S. Hubrig+4 more|ArXiv.org|Dec 5, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 5被引用 55

一句话总结

本文识别出冷 Ap 星中巴尔末线轮廓的内核-翼异常（CWA），表现为典型 7000–8000 K 恒星的宽翼突然转变为类似较冷（≤6000 K）矮星的窄而深的内核。该异常无法通过 LTE 或标准大气模型再现，表明这些恒星的大气层本质上是非正常的，可能由于非 LTE 效应、磁场或超出传统假设的复杂大气结构。

ABSTRACT

Paper by Cowley et al. The Core-Wing Anomaly Etc. The profiles of H$α$ in a number of cool Ap stars are anomalous. Broad wings, indicative of temperatures in the range 7000-8000K end abruptly in narrow cores. The widths of these cores are compatible with those of dwarfs with temperatures of 6000K or lower. This profile has been known for Przybylski's star, but it is seen in other cool Ap's. The H$β$ profile in several of these stars shows a similar core-wing anomaly (CWA). In Przybylski's star, the CWA is probably present at higher Balmer members. We are unable to account for these profiles within the context of LTE and normal dwarf atmospheres. We conclude that the atmospheres of these stars are not ``normal.'' This is contrary to a notion that has long been held.

研究动机与目标

• 调查冷 Ap 星中异常巴尔末线轮廓的起源，特别是 Hα 和 Hβ 线中与标准温度预期矛盾的尖锐内核。
• 确定在普里兹比尔斯基因星及其他冷 Ap 星中观测到的内核-翼异常（CWA）是否可用标准 LTE 大气模型解释，或是否需要非 LTE 物理机制。
• 评估 CWA 是否与 Ap 星的磁性及化学异常特性相关，包括表面非均匀性及稀土元素的电离异常。
• 评估 CWA 是否为冷 Ap 星的普遍特征，特别是在快速脉动 Ap（roAp）星中，及其对大气结构和温度诊断的影响。
• 通过揭示巴尔末线轮廓和电离平衡中的不一致性，挑战长期以来认为 Ap 星大气为“正常”的假设。

提出的方法

• 利用甚大望远镜（VLT）及其他望远镜对五颗冷 Ap 星（包括 HD 101065，即普里兹比尔斯基因星）的 Hα 和 Hβ 线进行高分辨率光谱观测，光谱分辨率约为 110000。
• 使用专用软件（如 CRC 和密歇根软件）进行光谱还原与归一化，以保持线轮廓完整性，尤其是尖锐内核部分。
• 将观测到的巴尔末线轮廓与 Kurucz（1994）提供的理论 LTE 模型大气进行比较，变化有效温度（Teff）和表面重力（log g）。
• 通过 LTE 模型的数值实验，包括对上层大气层进行人工冷却以及修改温度结构，以模拟对流或磁场效应。
• 使用 MULTI 代码对 Teff = 6000 K 和 8000 K 的模型大气进行 Hα、Hβ 和 Hγ 的非 LTE 计算，评估偏离局部热动平衡的影响。
• 分析 Fe I 与 Fe II 之间，以及稀土元素第二与第三谱线（如 Pr III、Nd III）之间的电离平衡，以检测非热或非 LTE 条件的迹象。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何冷 Ap 星中 Hα 和 Hβ 线轮廓表现出从宽翼到窄而深的内核的突变，且与推导的有效温度不一致？
• RQ2 能否使用具有正常化学丰度的标准 LTE 模型大气重现巴尔末线中的内核-翼异常（CWA）？
• RQ3 CWA 是否与 Ap 星的磁性及化学异常特性相关，特别是在 roAp 星中？
• RQ4 非 LTE 效应（如线散射中的部分重分布）在塑造观测到的巴尔末线内核中起何种作用？
• RQ5 稀土元素（如 Pr III/Nd III）的电离异常以及 Fe I/Fe II 比值在多大程度上挑战这些恒星大气模型的一致性？

主要发现

• 包括 HD 101065 在内的若干冷 Ap 星的 Hα 线表现出内核-翼异常（CWA），其中宽翼（指示 7000–8000 K）突然转变为类似 T_eff ≤ 6000 K 恒星的窄而深的内核。
• 在部分恒星（如 HD 101065 和 HD 166473）中，Hβ 线也观测到 CWA，但其显著程度低于 Hα。
• LTE 模型大气无法再现观测到的深而窄的内核，即使对上层大气进行人工冷却或修改温度结构亦然。
• 使用 MULTI 代码进行的非 LTE 计算仅使 Hα 内核轻微加深（小于 5%），但未改变其宽度，表明非 LTE 本身不足以解释该异常。
• 观测到电离异常：Pr III 和 Nd III 的第三谱线丰度比其第二谱线高出一个数量级，这种现象在非 roAp 星中未见。
• 为使 Fe I 和 Fe II 线丰度一致，所需的有效温度为 8000–9000 K，显著高于色温度（7000–7500 K），表明温度诊断存在根本性不一致。