[论文解读] Cu I resonance lines in turn-off stars of NGC 6752 and NGC 6397. Effects of granulation from CO5BOLD models

P. Bonifacio, E. Caffau+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 45被引用 15

一句话总结

本研究调查了球状星团NGC 6752和NGC 6397中主序星的铜元素丰度指标，即多重态1中Cu I共振线（324.7 nm和327.3 nm）的可靠性。利用3D流体动力学CO5BOLD模型大气，研究发现这些线在矮星中存在较大的3D-LTE修正，而巨星中Cu II线的修正则较小。结果表明，使用多重态1线时，矮星与巨星之间存在显著的丰度差异，表明这些线不可靠，并提示非局部热动平衡（NLTE）效应可能起关键作用，因此迫切需要采用完整的3D-NLTE建模以解决这一不一致。

ABSTRACT

Context. Copper is an element whose interesting evolution with metallicity is not fully understood. Observations of copper abundances rely on a very limited number of lines, the strongest are the Cu I lines of Mult. 1 at 324.7 nm and 327.3 nm which can be measured even at extremely low metallicities. Aims. We investigate the quality of these lines as abundance indicators. Method. We measure these lines in two turn-off (TO) stars in the Globular Cluster NGC 6752 and two TO stars in the Globular Cluster NGC 6397 and derive abundances with 3D hydrodynamical model atmospheres computed with the CO5BOLD code. These abundances are compared to the Cu abundances measured in giant stars of the same clusters, using the lines of Mult. 2 at 510.5 nm and 578.2 nm. Results. The abundances derived from the lines of Mult. 1 in TO stars differ from the abundances of giants of the same clusters. This is true both using CO5BOLD models and using traditional 1D model atmospheres. The LTE 3D corrections for TO stars are large, while they are small for giant stars. Conclusions. The Cu I resonance lines of Mult. 1 are not reliable abundance indicators. It is likely that departures from LTE should be taken into account to properly describe these lines, although it is not clear if these alone can account for the observations. An investigation of these departures is indeed encouraged for both dwarfs and giants. Our recommendation to those interested in the study of the evolution of copper abundances is to rely on the measurements in giants, based on the lines of Mult. 2. We caution, however, that NLTE studies may imply a revision in all the Cu abundances, both in dwarfs and giants.

研究动机与目标

• 评估金属贫乏主序星中Cu I共振线（324.7 nm和327.3 nm）作为铜元素丰度指标的可靠性。
• 调查在同一球状星团中，由多重态1（矮星）和多重态2（巨星）得到的铜元素丰度差异是否源于建模局限性或物理效应。
• 评估3D流体动力学模型大气（CO5BOLD）以及LTE与NLTE效应对丰度测定的影响。
• 确定观测到的矮星与巨星之间丰度差异是由大气参数不确定性还是线形成物理机制引起的。

提出的方法

• 使用CO5BOLD代码为NGC 6752和NGC 6397中主序星的3D流体动力学模型大气进行了计算。
• 从四颗主序星的高分辨率UVES光谱中测量了多重态1（324.7 nm和327.3 nm）中Cu I线的等效宽度。
• 在LTE条件下，使用1D和3D模型大气推导出铜元素丰度。
• 将来自矮星中多重态1的丰度与同一星团中巨星中多重态2（510.5 nm和578.2 nm）的丰度进行比较。
• 计算并分析了矮星和巨星中两个多重态的3D-LTE修正。
• 检查了这些线的贡献函数，以评估在多重态1线中LTE近似的有效性，特别是在矮星中。

实验结果

研究问题

• RQ1 在相同球状星团中，Cu I线在多重态1中得到的主序星铜元素丰度是否与巨星中多重态2线得到的丰度一致？
• RQ2 主序星中Cu I线在多重态1的3D-LTE修正有多大？与巨星中的修正相比如何？
• RQ3 观测到的矮星与巨星之间的丰度差异是由于大气参数误差还是内在的线形成效应引起的？
• RQ4 非局部热动平衡（NLTE）偏离在金属贫乏矮星中对多重态1线作为丰度指标的可靠性有多大影响？
• RQ5 通过调整模型中的微湍流或有效温度，能否调和观测到的丰度差异？

主要发现

• 在NGC 6752和NGC 6397中，主序星的Cu I线在多重态1中得到的铜元素丰度，与同一星团中巨星的Cu II线丰度相比，差异达0.2至1.0 dex。
• 在矮星中，Cu I线在多重态1中需要较大的3D-LTE修正（高达~0.4 dex），表明存在显著的非局部热动平衡效应。
• 相比之下，巨星中多重态2的Cu II线的3D-LTE修正较小，表明3D效应在这些恒星中影响较弱。
• 多重态1线在矮星中的贡献函数表明，这些线形成于LTE近似失效的区域，因此在LTE下不可靠。
• 对于唯一同时测量了两个多重态的恒星（Cl* NGC 6752 YGN 30），丰度差异为0.5 dex，且在1D和3D模型中均持续存在。
• 在两个星团中，矮星与巨星之间的差异方向相反，表明仅靠NLTE效应无法解决不一致，必须采用完整的3D-NLTE处理。