[论文解读] Chemical composition of evolved stars in the open cluster M 67

G. Tautvaišienė, B. Edvardsson+2 more|arXiv (Cornell University)|May 31, 2000

Astro and Planetary Science被引用 4

一句话总结

本研究对疏散星团M 67中的九颗演化恒星进行了高分辨率光谱分析，测量了25种元素的丰度，以研究主星序后混合过程。研究发现，表面碳的耗竭显著（约0.2 dex），氮的增强显著（约0.2 dex），12C/13C比值降低（红团星中为16±4），表明在氦核心闪光后发生了额外的混合；而重元素丰度则与太阳相似。

ABSTRACT

High-resolution spectra of six core helium-burning `clump' stars and three giants in the open cluster M 67 have been obtained with the SOFIN spectrograph on the Nordic Optical Telescope to investigate abundances of up to 25 chemical elements. Abundances of carbon were studied using the C2 Swan (0,1) band head at 5635.5 A. The wavelength interval 7980-8130 A with strong CN features was analysed in order to determine nitrogen abundances and 12C/13C isotope ratios. The oxygen abundances were determined from the [O I] line at 6300 A. The overall metallicity of the cluster stars was found to be close to solar ([Fe/H]=-0.03+-0.03). Compared with the Sun and other dwarf stars of the Galactic disk, as well as with dwarf stars of M 67 itself, abundances in the investigated stars suggest that carbon is depleted by about 0.2 dex, nitrogen is enhanced by about 0.2 dex and oxygen is unaltered. Among other mixing- sensitive chemical elements an overabundance of sodium may be suspected. The mean C/N and 12C/13C ratios are lowered to the values of 1.7+-0.2 and 24+-4 in the giants and to the values of 1.4+-0.2 and 16+-4 in the clump stars. These results suggest that extra mixing of CN-cycled material to the stellar surface takes place after the He-core flash. Abundances of heavy chemical elements in all nine stars were found to be almost identical and close to solar.

研究动机与目标

• 确定疏散星团M 67中演化恒星表面25种化学元素的精确丰度。
• 研究氦核心闪光后内部混合过程对恒星表面成分的影响。
• 评估氦核心闪光与非标准混合在改变红团星和巨星中碳、氮、氧丰度方面的角色。
• 解决先前丰度测量中的差异，特别是氧和铁峰元素。
• 通过将观测到的丰度趋势与额外混合理论模型的预测进行比较，检验恒星演化理论模型。

提出的方法

• 利用北欧光学望远镜上的SOFIN echelle光谱仪获取高分辨率光谱（R ≈ 30,000–60,000）。
• 使用3A软件包对光谱进行处理，包括偏置减除、平场校正、杂散光减除和阶次提取。
• 利用钍-氩比较光谱进行波长定标。
• 通过原子谱线和分子带（C2 Swan线在5635.5 Å处，CN特征在7980–8130 Å处，[O I]在6300 Å处）的等效宽度测量推导丰度。
• 通过CN和C2带头强度确定12C/13C同位素比值。
• 丰度分析假设局部热动平衡（LTE），并采用与恒星参数一致的模型大气。

实验结果

研究问题

• RQ1 与太阳及未演化的星团成员相比，M 67中演化恒星的碳和氮丰度变化程度如何？
• RQ2 M 67中红团星和巨星的表面12C/13C比值是多少，是否表明在氦核心闪光后发生了额外混合？
• RQ3 这些演化恒星中的氧及其他α-和铁峰元素与太阳丰度相比如何？
• RQ4 钠和铝丰度是否存在可检测的变化，它们对核合成过程有何含义？
• RQ5 观测到的丰度模式是否支持或与低质量恒星主序后混合的理论模型相矛盾？

主要发现

• M 67的整体金属量接近太阳，[Fe/H] = –0.03 ± 0.03 dex。
• 碳丰度降低约0.2 dex，氮丰度提高约0.2 dex，氧丰度与太阳及盘面矮星相比无变化。
• 巨星中12C/13C的平均比值为24 ± 4，红团星中为16 ± 4，表明由于混合导致显著的同位素分馏。
• 巨星中C/N比值降低至1.7 ± 0.2，红团星中为1.4 ± 0.2，与CN循环处理及额外混合一致。
• 钠丰度过量，但铝和氧未表现出相应的反相关关系，表明钠通过NeNa循环生成，而未发生完整的MgAl循环。
• 重元素（如Ba、La、Si、Mg）的丰度在全部九颗恒星中几乎完全相同，且与太阳值一致，表明除碳、氮、氧和钠外，无显著的核合成异常。