[论文解读] Accurate abundance patterns of solar twins and analogs ? Does the anomalous solar chemical composition come from planet formation?

M. Asplund|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 7

一句话总结

本研究分析了64颗类太阳恒星及其类地星的高分辨率、高信噪比光谱，以探究元素丰度模式，发现太阳相对于大多数类太阳恒星表现出0.08 dex的低凝结温度（TC）元素丰度亏损，而高TC元素则无此现象。观测到的趋势与TC相关，表明太阳的异常化学组成可能源于行星形成过程，从而可通过详细化学分析识别类太阳系的恒星。

ABSTRACT

We derive the abundance of 19 elements in a sample of 64 stars with fundamental parameters very similar to solar, which minimizes the impact of systematic errors in our spectroscopic 1D-LTE differential analysis, using high-resolution ( R'60; 000), high signalto-noise ratio (S= N '200) spectra. The estimated errors in the elemental abundances relative to solar are as small as'0: 025 dex. The abundance ratios [X/Fe] as a function of [Fe= H] agree closely with previously established patterns of Galactic thin-disk chemical evolution. Interestingly, the majority of our stars show a s ignificant correlation between [X /Fe] and condensation temperature (TC). In the sample of 22 stars with parameters closest to solar, we find that, on average, low TC elements are depleted with respect to high TC elements in the solar twins relative to the Sun by about 0.08 dex ('20 %). An increasing trend is observed for the abundances as a function of TC for 900< TC< 1800 K, while abundances of lower TC elements appear to be roughly constant. We speculate that this is a signature of the planet formation that occurred around t he Sun but not in the majority of solar twins. If this hypothesis is correct, stars with planetary systems like ours, although rare (freq uency of'15 %), may be identified through a very detailed inspection of the chemical compositions of their host stars.

研究动机与目标

• 确定太阳相对于类太阳恒星的异常化学组成是否源于行星形成。
• 通过选择具有类太阳基本参数的恒星，最小化丰度分析中的系统误差。
• 研究类太阳恒星及类地星中元素丰度比是否与凝结温度（TC）相关。
• 评估太阳中观测到的丰度趋势是否与行星系统形成过程一致。
• 探索通过详细化学组成分析识别具有行星系统的恒星的潜力。

提出的方法

• 使用高分辨率（R ≥ 60,000）和高信噪比（S/N ≥ 200）光谱对64颗具有类太阳参数的恒星进行分析。
• 应用一维-LTE差分光谱分析法，以最小化丰度测定中的系统误差。
• 以太阳为参考测量元素丰度，误差低至±0.025 dex。
• 绘制[ X/Fe ]与[ Fe/H ]及凝结温度（TC）的关系图，以识别趋势。
• 对与太阳参数最接近的22颗恒星进行详细分析，以分离出与TC相关的丰度趋势。
• 量化[ X/Fe ]与TC之间的相关性，以评估其显著性及潜在成因。

实验结果

研究问题

• RQ1 太阳的异常元素丰度模式，特别是低TC元素的亏损，是否源于行星形成？
• RQ2 不具有行星系统的类太阳恒星及类地星是否表现出与太阳相同的TC相关丰度趋势？
• RQ3 观测到的[ X/Fe ]与凝结温度之间的相关性能否作为行星系统形成过程的化学特征？
• RQ4 与太阳相比，类太阳恒星中低TC与高TC元素的丰度差异有多大？
• RQ5 是否可通过化学组成分析探测到具有行星系统的恒星频率？

主要发现

• 大多数类太阳恒星及类地星显示出[ X/Fe ]与凝结温度（TC）之间存在显著相关性，表明元素丰度存在系统性趋势。
• 在与太阳参数最接近的22颗恒星中，低TC元素相对于高TC元素的丰度比太阳低约0.08 dex。
• 对于凝结温度在900 K至1800 K之间的元素，[ X/Fe ]随TC增加而上升，而低TC元素的丰度则基本保持不变。
• 观测到的丰度模式与太阳化学异常源于行星形成过程的假设一致。
• 具有行星系统的恒星可能通过详细化学分析被识别，因为此类系统可能在宿主恒星组成中留下可探测的痕迹。
• 基于观测到的丰度趋势，估计与太阳类似的行星系统恒星频率约为15%。