[论文解读] A NLTE analysis of the hot subdwarf O star BD+28 4211. II. The optical spectrum

M. Latour, G. Fontaine+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 42被引用 14

一句话总结

本研究提出使用金属丰度为10倍太阳丰度的非局部热动平衡（NLTE）线屏蔽模型大气，仅通过光学光谱准确推导高温亚矮星O型星的大气参数。通过人为提高金属丰度以饱和消光效应，该方法显著改善了BD+28◦4211中巴尔默线和氦线的拟合效果，所得有效温度与紫外波段结果的偏差在1,000 K以内，解决了高温恒星中长期存在的巴尔默线问题。

ABSTRACT

We present the second part of our detailed analysis of the hot sdO and spectroscopic standard star BD+28 4211, in which we focus on the optical spectrum. In the first part of our study, we determined the abundances of some 11 metals detected in the atmosphere of BD+28 4211 using UV spectra of the star and corroborated the fundamental parameters estimated in past studies (Teff $\sim$ 82,000 K, log g $\sim$ 6.2, and solar N(He)/N(H)). In this work, we aim at rederiving these secured parameters on the sole basis of high-quality optical spectra. A first grid of non-LTE line-blanketed model atmospheres, including metals with the abundances derived from the UV spectrum, does not give satisfactory results when we apply a standard simultaneous fitting procedure to the observed H and He lines of our optical spectra. The line profiles are not finely reproduced and the resulting effective temperatures, in particular, are too low by $\sim$10,000 K. We next investigate the probable cause of this failure, that is, the importance of missing opacity sources on the atmospheric stratification. We compare line profiles computed from models with artificially boosted metallicities, from solar abundances to 15$ imes$ these values. We find that the structural effects saturate for a metallicity of $\sim$10x solar, and use this to compute a second full grid of models and synthetic spectra. This metal-enriched grid allows us to achieve significantly improved spectral fits with models having the expected parameters. Our test case thus reveals that there is still a need for models with enhanced metallicity for better estimating the atmospheric parameters of objects such as hot subdwarfs and hot white dwarfs if only optical spectra are available.

研究动机与目标

• 仅使用高质量光学光谱重新推导高温亚矮星O型星BD+28◦4211的基本参数。
• 研究标准NLTE模型在太阳金属丰度下为何无法再现高温恒星中观测到的巴尔默线和氦线轮廓。
• 检验在模型大气中人为增强金属丰度是否可校正缺失的消光源，从而修正大气结构。
• 利用高分辨率档案HIRES光谱验证改进后的模型拟合效果。
• 在缺乏紫外数据的情况下，建立一种可靠测定高温亚矮星参数的实用方法。

提出的方法

• 基于论文I中由紫外数据获得的元素丰度，构建了一组包含金属元素（C、N、O、Mg、Si、S、Fe、Ni）的太阳丰度下的NLTE线屏蔽模型大气网格。
• 采用标准的联合拟合程序，利用太阳金属丰度模型匹配BD+28◦4211光学光谱中观测到的H和He线。
• 系统性地将模型金属丰度从太阳丰度逐步提高至15倍太阳丰度，以评估其对谱线轮廓再现和大气结构的影响。
• 在约10倍太阳金属丰度时识别出谱线轮廓的饱和效应，此后进一步增加金属丰度不再产生显著的结构变化。
• 基于10倍太阳金属丰度构建全新的完整模型网格，并重新运行拟合程序，以获得更优的谱线拟合。
• 利用高分辨率、高信噪比的档案HIRES光谱验证最终模型，确认其在谱线轮廓上具有极佳的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何标准NLTE模型在太阳金属丰度下无法再现BD+28◦4211光学光谱中观测到的巴尔默线和氦线轮廓？
• RQ2 在模型大气中提高金属丰度在多大程度上影响高温亚矮星O型星的大气结构和谱线轮廓再现？
• RQ3 模型大气对金属丰度增加的结构响应是否存在饱和点？若存在，其水平在何处？
• RQ4 使用金属丰度为10倍太阳丰度的模型网格，能否在仅拟合光学光谱的情况下，获得准确且一致的大气参数（Teff, log g）？
• RQ5 增强金属丰度带来的改进拟合效果是否与高分辨率档案观测结果一致？

主要发现

• 标准NLTE模型在太阳金属丰度下无法再现BD+28◦4211的观测谱线轮廓，导致有效温度约低10,000 K。
• 将模型金属丰度提高至15倍太阳丰度后，发现在约10倍太阳金属丰度时，大气结构和谱线轮廓出现饱和效应。
• 在10倍太阳金属丰度时，进一步增加金属丰度不再改变大气结构或谱线轮廓，表明已达到饱和状态。
• 采用10倍太阳金属丰度的模型网格成功拟合了光学光谱，所得大气参数与紫外波段估计值在不确定度范围内一致。
• 最终模型与高分辨率HIRES光谱表现出极佳的一致性，证实了金属丰度增强方法的可靠性。
• 本研究结论认为，对于仅依赖光学光谱的高温亚矮星O型星，使用10倍太阳金属丰度的金属丰度增强模型是准确推导参数所必需的。