[论文解读] The elemental composition of the Sun II. The iron group elements Sc to Ni

Pat Scott, M. Asplund+3 more|arXiv (Cornell University)|May 1, 2014

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 170被引用 13

一句话总结

本研究利用三维流体动力学太阳大气模型、非局部热动平衡（NLTE）修正以及高精度光谱数据，重新分析了从钪到镍的铁峰元素的太阳丰度。研究报告了精度更高的修订后太阳丰度，除钪和钒存在微小差异外，与碳质球粒陨石基本一致，显著提升了太阳光球层丰度在天体物理建模中的可靠性。

ABSTRACT

We redetermine the abundances of all iron group nuclei in the Sun, based on neutral and singly-ionised lines of Sc, Ti, V, Mn, Fe, Co and Ni in the solar spectrum. We employ a realistic 3D hydrodynamic model solar atmosphere, corrections for departures from local thermodynamic equilibrium (NLTE), stringent line selection procedures and high quality observational data. We have scoured the literature for the best quality oscillator strengths, hyperfine constants and isotopic separations available for our chosen lines. We find $\log ε_\mathrm{Sc}=3.16\pm0.04$, $\log ε_\mathrm{Ti}=4.93\pm0.04$, $\log ε_\mathrm{V}=3.89\pm0.08$, $\log ε_\mathrm{Cr}=5.62\pm0.04$, $\log ε_\mathrm{Mn}=5.42\pm0.04$, $\log ε_\mathrm{Fe}=7.47\pm0.04$, $\log ε_\mathrm{Co}=4.93\pm0.05$ and $\log ε_\mathrm{Ni}=6.20\pm0.04$. Our uncertainties factor in both statistical and systematic errors (the latter estimated for possible errors in the model atmospheres and NLTE line formation). The new abundances are generally in good agreement with the CI meteoritic abundances but with some notable exceptions. This analysis constitutes both a full exposition and a slight update of the preliminary results we presented in Asplund, Grevesse, Sauval & Scott (arXiv:0909.0948), including full line lists and details of all input data we employed.

研究动机与目标

• 通过采用最先进的3D太阳大气模型，提高铁峰元素Sc至Ni的太阳光球层丰度测定精度。
• 通过引入中性线和一次电离线的非局部热动平衡（NLTE）修正，减少丰度测定中的系统性不确定度。
• 通过使用高质量的观测数据和一致的原子参数，调和光球层与陨石丰度之间的差异。
• 为将来的太阳丰度研究提供全面、最新的谱线列表和输入数据。

提出的方法

• 采用3D流体动力学太阳大气模型（Stellar Atmosphere Models）模拟真实的太阳对流与温度结构。
• 对谱线形成过程应用非局部热动平衡（NLTE）修正，考虑电离与激发过程中偏离LTE的影响。
• 利用高分辨率、高信噪比的太阳光谱提取谱线轮廓并进行光谱拟合。
• 通过严格标准筛选谱线，最大限度减少重叠与噪声干扰。
• 整合文献中最新、最准确的振子强度、超精细结构常数及同位素分离值。
• 通过结合统计误差与模型大气及NLTE谱线形成变化带来的系统性估计，量化不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 利用现代3D模型与NLTE修正，钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴和镍在太阳中的最精确光球层丰度是多少？
• RQ2 新测定的丰度与基于1D模型及以往汇编结果相比有何差异？
• RQ3 新丰度在多大程度上与碳质球粒陨石的丰度一致？
• RQ4 NLTE效应对太阳光球层铁峰元素丰度测定有何影响？
• RQ5 模型大气与原子数据中的不确定性在多大程度上传播至最终的丰度估计？

主要发现

• 钪的修订太阳丰度为 log ε(Sc) = 3.16 ± 0.04，较先前估计略有提高。
• 钛的丰度为 log ε(Ti) = 4.93 ± 0.04，与陨石值高度一致。
• 钒的丰度为 log ε(V) = 3.89 ± 0.08，不确定性较大，主要源于谱线重叠与NLTE效应。
• 铬的丰度为 log ε(Cr) = 5.62 ± 0.04，与陨石值一致，且与以往高精度研究结果相符。
• 锰的丰度为 log ε(Mn) = 5.42 ± 0.04，与陨石数据良好一致。
• 铁的丰度为 log ε(Fe) = 7.47 ± 0.04，以更高精度确认了经典值。
• 钴的丰度为 log ε(Co) = 4.93 ± 0.05，不确定性主要来自原子数据与NLTE效应。
• 镍的丰度为 log ε(Ni) = 6.20 ± 0.04，与陨石丰度高度一致。