[论文解读] The discovery of photospheric nickel in the hot DO white dwarf REJ0503-289

M. A. Barstow, S. Dreizler+4 more|Jan 11, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 11

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜GHRS光谱，首次直接检测到热氦-rich白矮星REJ0503−289光球层中的镍（Ni/He = 10⁻⁵）。通过两种独立的非局部热动平衡（non-LTE）模型大气代码，作者获得了稳定的大气参数，并揭示了铁的异常低丰度（Fe/He < 10⁻⁶），表明其Fe/Ni比值比H-rich白矮星低一个数量级，这挑战了当前的辐射悬浮模型。

ABSTRACT

We present the first evidence for the direct detection of nickel in the photosphere of the hot DO white dwarf REJ0503$-$289. While this element has been seen previously in the atmospheres of hot H-rich white dwarfs, this is one of the first similar discoveries in a He-rich object. Intriguingly, iron, which is observed to be more abundant than Ni in the hot DA stars, is not detected, the upper limit to its abundance (Fe/He$=10^{-6}$) implying a Fe/Ni ratio a factor 10 lower than seen in the H-rich objects (Ni/He$=10^{-5}$ for REJ0503$-$289). The abundance of nickel and various other elements heavier than He were determined from GHRS spectra. We used two completely independent sets of NLTE model atmospheres which both provide the same results. This not only reduces the possibility of systematic errors in our analysis but is also an important consistency check for both model atmosphere codes. We have also developed a more objective method of determining $T_{ m eff}$ and log g, from the He lines in the optical spectrum, in the form of a formal fitting of the line profiles to a grid of model spectra, an analogue of the standard procedure utilising the Balmer lines in DA white dwarfs. This gives the assigned uncertainties in $T_{ m eff}$ and log g a firm statistical basis and allows us to demonstrate that inclusion of elements heavier than H, He and C in the spectral calculations, exclusively considered in most published optical analyses, yields a systematic downward shift in the measured value of $T_{ m eff}$.

研究动机与目标

• 检测并量化热氦-rich白矮星REJ0503−289中光球层镍的存在，该星为稀有氦富集天体，且星际柱密度较低。
• 利用基于氦线轮廓的客观光谱拟合技术，精确测定有效温度和表面重力，避免依赖巴尔末线。
• 研究He-rich白矮星中观测到的重元素丰度与辐射悬浮理论模型预测之间的差异。
• 评估在模型大气计算中包含比He、C和O更重的元素对推导出的有效温度的影响。
• 通过比较两种独立计算框架的结果，评估非-LTE模型大气代码的一致性和可靠性。

提出的方法

• 利用哈勃空间望远镜上的戈达德高分辨率光谱仪（Goddard High Resolution Spectrograph, GHRS）获取高分辨率紫外光谱。
• 应用两种独立的非-LTE模型大气代码分析GHRS光谱，推导元素丰度。
• 开发一种正式的光谱拟合方法，通过将观测到的氦线轮廓与模型光谱网格匹配，以确定T_eff和log g。
• 利用该拟合技术以统计基础量化T_eff和log g的不确定性，减少主观估计。
• 在模型计算中引入比He、C和O更重的元素，以评估其对推导出的大气参数的影响。
• 将模型预测与观测光谱进行比较，以确定元素丰度（特别是Ni和Fe），并评估模型与观测的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 热DO型白矮星REJ0503−289的光球层中是否存在镍？其相对于氦的丰度如何？
• RQ2 通过一种客观、基于统计的光谱拟合方法，REJ0503−289的有效温度和表面重力是多少？
• RQ3 REJ0503−289中观测到的Fe/Ni丰度比与He-rich白矮星的辐射悬浮理论预测相比如何？
• RQ4 在模型大气中包含比He、C和O更重的元素，对推导出的有效温度有多大影响？
• RQ5 自洽的、深度依赖的模型大气能否解释REJ0503−289中的观测丰度异常，特别是铁的低丰度？

主要发现

• 首次直接检测到热DO型白矮星中光球层镍的存在，其丰度为Ni/He = 10⁻⁵。
• REJ0503−289中铁的丰度受上限约束为Fe/He < 10⁻⁶，表明其Fe/Ni比值比H-rich白矮星低一个数量级。
• 两种独立的非-LTE模型大气代码对T_eff和log g的推导结果一致，证实了所获大气参数的稳健性。
• 在模型计算中包含比He、C和O更重的元素，导致推导出的有效温度系统性地向下偏移，凸显了标准分析中潜在误差的关键来源。
• 观测到的铁丰度比辐射悬浮模型预测值低两个数量级，表明当前理论处理存在缺陷。
• 针对DO型白矮星的自洽分层模型大气无法充分再现观测光谱，表明当前模型尚不足以解释He-rich恒星中的丰度异常。