[論文レビュー] The Hamburg/ESO R-process Enhanced Star survey (HERES)VII. Thorium abundances in metal-poor stars

Juanjuan Ren, N. Christlieb+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 42被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、HERES調査のVLT/UVESスペクトルを用いて、77個の金属不足星における thorium 同位体の存在比を測定した。log(Th/Eu)比には4.0 dexの広範な分散が認められ、導出された年齢にも顕著な散らばりが見られた。この結果は、log(Th/Eu)が宇宙時計としての信頼性を疑問視するものであり、2つの星で強いアクチニド元素の増強が観測された。これは、このような増強がまれではなく、一般的な現象である可能性を示唆し、この比に基づく年齢推定を複雑にする。

ABSTRACT

We report thorium abundances for 77 metal-poor stars in the metallicity range of -3.5

研究の動機と目的

• 金属不足星の大規模サンプルにおける thorium 同位体の存在比を測定し、r-過程核生成の普遍性を評価すること。
• log(Th/Eu)が金属不足星の年齢推定に用いられる宇宙時計としての信頼性を評価すること。
• 金属不足星全体にわたるアクチニド元素の増強（安定なr-過程生成元素に比べ、Thの相対的増加）の広がりを調査すること。
• 異常なTh同位体の存在比を示す星を特定し、log(Th/U)などの代替年齢測定法を必要とする可能性を検討すること。
• 初期銀河化学進化およびr-過程生成量の制約を高めるために、高精度な thorium データを提供すること。

提案手法

• VLT-UT2/UVESを用いた高分解能分光法により、[Fe/H]が-3.5から-1.0の間の77個の金属不足星の「スナップショット」スペクトルを取得した。
• スペクトル合成とラインプロファイルフィッティングを用いて、Th II 4019.12 Å線から thorium 同位体の存在比を決定した。混合成分や連続スペクトルの配置に注意を払い、丁寧に処理した。
• 観測された log(Th/Eu)比を理論的初期r-過程パターンと比較し、宇宙時計法を用いて星の年齢を導出した。
• 同位体存在比の決定に1σ信頼区間を用い、弱いTh線およびデータ品質の制限を認識した。
• その元素存在比パターンと金属量に基づき、星をr-I、r-II、r-ノーマル、および未分類のグループに分類した。
• 今後の高SNRデータによる追加観測を想定し、アクチニド元素の増強を示唆する候補星を特定し、追加のVLT/UVES観測を提案した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 log(Th/Eu)比が示すように、r-過程核生成パターンは金属不足星全体に普遍的であるか？
• RQ2 log(Th/Eu)は金属不足星の年齢推定に信頼できる時計として有用か？
• RQ3 r-過程強化星のうち、Euに対してThが相対的に増加している（アクチニド元素の増強）とされる星の割合はどの程度か？
• RQ4 Ba や Sr などの他のr-過程生成元素と比較して、Th同位体の存在比に系統的な不一致は見られるか？
• RQ5 log(Th/Eu)を用いて年齢を導出することは信頼できるか、それともアクチニド元素の増強が顕著な不確実性をもたらすか？

主な発見

• 17個の星では1σ信頼区間内で thorium 同位体の存在比が決定されたが、残りの60個の星については上限値が導出された。
• log(Th/Eu)比は約4.0 dexの広範な範囲にわたり、低金属量域におけるr-過程パターンの顕著な散らばりを示している。
• HE 1332−0309 および HE 2219−0713 の2つの星は、予想をはるかに上回る log(Th/Eu)比を示し、アクチニド元素の増強の明確な証拠を示している。
• log(Th/Eu)から導出された星の年齢には大きな散らばりがあり、一部の推定値は物理的に不自然に古い（例：-38 Gyr）ものも含まれており、この手法に系統的な不確実性が存在することが示唆された。
• 複数の星にアクチニド元素の増強が見られたことから、この現象がまれではない可能性が示され、Th/Euが普遍的な年齢指標であるという仮定が揺らがれた。
• 本研究は、アクチニド元素の増強を確認し、log(Th/U)による年齢推定を改善するため、高SNRデータおよびU同位体の測定が不可欠であることを強調した。