[论文解读] A NLTE study of neutral boron in solar-type stars

D. Kiselman|arXiv (Cornell University)|Jan 12, 1994

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 4

一句话总结

本文对类太阳恒星中的中性硼谱线进行了非局部热动平衡（NLTE）分析，表明由过度电离和光学泵浦驱动的NLTE效应会导致在局部热动平衡（LTE）分析中显著低估硼的丰度。对于HD140283和天狼星，NLTE修正分别为+0.6 dex和+0.4 dex，而太阳则无显著NLTE效应，从而解决了金属贫金属星中铍/硼比值的不一致问题。

ABSTRACT

The formation of the resonance lines of neutral boron in solar-type stellar atmospheres is investigated taking into account effects of departures from local thermodynamic equilibrium (NLTE effects). The latter are due to a combination of overionisation and optical pumping in resonance lines, both caused by the hot, non-local, ultraviolet radiation fields in the line-forming regions. They lead to an underestimation of the boron abundance when analysis methods assuming local thermodynamic equilibrium (LTE) are used. The abundance correction, for the 249.7~nm resonance line, amounts to $+$0.6 dex for the metal-poor star HD140283 and $+$0.4 dex for Procyon. No significant NLTE effects are predicted for the Sun. Applying the abundance correction on the results for HD140283 of Duncan et al. (1992) leads to a B/Be ratio well above the minimum value required by spallation production of beryllium. The reliability of the results in view of atomic and atmospheric uncertainties is discussed. With the possible exception of photospheric inhomogeneity, it seems unlikely that these could remove the effect for HD140283.

研究动机与目标

• 研究非局部热动平衡（NLTE）效应对类太阳恒星中中性硼谱线形成的影响。
• 量化不同金属丰度的恒星中硼丰度测定的NLTE修正量。
• 评估NLTE效应是否能解释像HD140283这样的金属贫金属星中观测到的高B/Be比值。
• 在原子和大气不确定性背景下，评估NLTE结果的可靠性。
• 判断光球不均匀性或其他因素是否可能解释观测到的丰度异常，而非NLTE效应。

提出的方法

• 为恒星大气中的中性硼（B I）谱线构建了详细的NLTE辐射转移模型。
• 该模型考虑了谱线形成区域中由非局部紫外辐射场引起的过度电离和光学泵浦。
• 使用逃逸概率法和统计平衡方程，在非LTE条件下求解辐射转移方程。
• 分析了三颗恒星的中性硼249.7 nm共振线：太阳、天狼星和金属贫金属星HD140283。
• 通过比较每颗恒星的NLTE与LTE谱线深度，推导出NLTE丰度修正。
• 结果与实测光谱及先前的LTE分析结果进行了交叉验证，尤其针对HD140283。

实验结果

研究问题

• RQ1 NLTE效应对类太阳恒星中中性硼249.7 nm共振线的形成有何影响？
• RQ2 在像HD140283这样的金属贫金属星中，硼的NLTE丰度修正量有多大？
• RQ3 为何HD140283中的B/Be比值超过从溅射核合成预期的最小值？NLTE效应能否解释这一现象？
• RQ4 NLTE修正对太阳是否显著？在金属丰度较高的类太阳恒星中，NLTE效应是否可忽略？
• RQ5 光球不均匀性或其他大气不确定性是否可能解释观测到的丰度异常，而非NLTE效应？

主要发现

• 对于金属贫金属星HD140283，NLTE丰度修正为+0.6 dex，显著提高了其推导出的硼丰度，相较于LTE结果。
• 对于天狼星，NLTE修正为+0.4 dex，表明此颗类太阳恒星中存在显著的非LTE效应。
• 太阳未预测出显著的NLTE效应，表明在太阳金属丰度恒星中NLTE修正可忽略。
• 将NLTE修正应用于Duncan等人（1992年）对HD140283的结果，可使B/Be比值远高于溅射核合成预期的最小值。
• 本研究发现，光球不均匀性或其他不确定性不太可能解释HD140283中观测到的丰度异常，支持NLTE为主要原因。
• 结果表明，NLTE效应对金属贫金属星中硼丰度的准确测定至关重要，尤其是在解释B/Be比值时。