[论文解读] Chemical abundances in cool metal rich disk dwarf stars

Patrik Thoren, S. Feltzing|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用 5

一句话总结

本研究使用合成谱分析法在LTE框架下重新分析了12颗低温、金属丰度较高的盘面矮星的化学元素丰度，解决了先前研究中的明显异常。结果证实，当应用适当的温度和激发态平衡校正后，金属丰度较高的K型矮星并不表现出异常元素丰度，验证了其在银河系化学演化研究中的可靠性，并提升了分析精度。

ABSTRACT

The present study of spectra of twelve metal-rich cool dwarf stars, carefully selected in order to cover a range of temperatures (~4400 - 6000 K), is a follow up on Feltzing & Gustafsson (1998, A&AS 129, 237) with the aim to understand the apparent over-ionization and anomalous elemental abundances found by them for the K dwarf stars in their sample. Our method of analysis employs synthetic spectra of the full spectrum both to constrain the continuum level and to derive abundances. It is shown that by using this method and imposing a strict excitation equilibrium (possible to do because of the care in selection of observed Fe I lines) we are able to show that metal-rich K dwarf stars do not show anomalous stellar abundances, as indicated in Feltzing & Gustafsson (1998), and can, with reasonable efforts, be analyzed in order to increase the number of metal-rich stars with useful chemical abundances. With abundance analysis by means of spectrum synthesis and assuming Local Thermodynamic Equilibrium (LTE) the abundances of Na, Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, and Nd have been derived. Also ionization balance is satisfied for Fe and Cr after correcting the stellar effective temperatures such that both ionization and excitation equilibrium were satisfied. In addition, spectra from five cool dwarf stars of the Feltzing & Gustafsson (1998) sample have been analyzed with the methods used in this work. They show essentially the same abundance patterns as the new stars in this sample.

研究动机与目标

• 解决Feltzing & Gustafsson (1998) 对于低温、金属丰度较高的K型矮星报告的元素丰度差异问题。
• 检验先前研究中观察到的过度电离和异常丰度是否源于方法学缺陷。
• 验证低温、金属丰度较高的矮星是否可作为银河系化学演化研究的可靠示踪星。
• 通过施加严格的激发态和电离平衡约束，利用合成谱合成方法改进元素丰度测定。
• 对FG98样本中的五颗恒星采用相同优化方法进行重新分析，以保证一致性。

提出的方法

• 采用合成谱合成方法建模完整观测光谱，实现连续谱水平的精确确定。
• 使用一组具有一致激发能的Fe i线以强制实现激发态平衡，从而约束有效温度。
• 通过Fe i与Fe ii线之间的电离平衡来优化有效温度和表面重力。
• 结合测光与光谱拟合方法校准恒星参数（Teff, log g, [Fe/H]），并进行迭代优化。
• 使用MARCS大气模型网格计算合成光谱，并在多个波段区域与观测数据进行比较。
• 选取七个富含未重叠Ca线的波段区域，以最大程度提高关键元素丰度测定的精度。

实验结果

研究问题

• RQ1 低温、金属丰度较高的K型矮星是否如先前报告所示表现出异常元素丰度？
• RQ2 合成谱分析能否解决早期研究中发现的Fe和Cr电离平衡差异？
• RQ3 基于斯特鲁维-斯特伦格伦测光法得到的恒星参数是否适用于最冷的金属丰度较高的矮星？
• RQ4 金属丰度较高的恒星中α-族元素（Si、Ca、Ti）和铁峰元素（Cr、Ni、Co、V）的丰度趋势是否与较暖恒星一致？
• RQ5 随着金属丰度增加，Na/Fe比值的表观上升是否真实存在？该趋势在纠正系统误差后是否依然成立？

主要发现

• 当采用合成谱合成方法并正确应用激发态与电离平衡校正后，低温、金属丰度较高的K型矮星不表现出异常元素丰度；先前观察到的异常源于分析方法的缺陷。
• 由Fe i线激发态平衡推导的有效温度需对Olsen (1984) 的测光校准结果进行修正，表明对于b−y > 0.51的恒星存在系统性误差。
• [Si/Fe]、[Ca/Fe]、[Ti/Fe]和[Cr/Fe]均随[Fe/H]线性增加至0.35 dex，表明金属丰度较高的恒星中α-族元素趋势一致。
• [Na/Fe]随金属丰度表现出强烈且系统性的增加，证实了先前的趋势，并支持其作为金属丰度示踪剂的适用性。
• [Co/Fe]和[V/Fe]随[Fe/H]表现出微弱的上升趋势，而[Ni/Fe]在最金属丰度较高的恒星中显示出初步的上翘趋势。
• 样本中两颗最金属丰度较高的恒星（HD 32147和HD 69830）具有几乎相同的元素丰度模式，进一步增强了对所推导趋势的信心。