[论文解读] Deuterium Toward WD1634-573: Results from the Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE) Mission

Brian E. Wood, J. L. Linsky+6 more|CERN Bulletin|Dec 12, 2001

Atmospheric Ozone and Climate被引用 35

一句话总结

本研究利用远紫外光谱探测器（FUSE）观测，测量了白矮星 WD 1634-573 方向的氘氢比（D/H），测得 D/H = (1.6 ± 0.5) × 10⁻⁵。该结果与局部星际介质（LIC）的 D/H 值 (1.5 ± 0.1) × 10⁻⁵ 一致，但当将 D/I 与 O/I 和 N/I 比值结合时出现不一致，提示可能存在电离态差异或局部 ISM 元素丰度的变化。

ABSTRACT

We use Far Ultraviolet Spectrocopic Explorer (FUSE) observations to study interstellar absorption along the line of sight to the white dwarf WD1634-573 (d=37.1+/-2.6 pc). Combining our measurement of D I with a measurement of H I from Extreme Ultraviolet Explorer data, we find a D/H ratio toward WD1634-573 of D/H=(1.6+/-0.5)e-5. In contrast, multiplying our measurements of D I/O I=0.035+/-0.006 and D I/N I=0.27+/-0.05 with published mean Galactic ISM gas phase O/H and N/H ratios yields D/H(O)=(1.2+/-0.2)e-5 and D/H(N)=(2.0+/-0.4)e-5, respectively. Note that all uncertainties quoted above are 2 sigma. The inconsistency between D/H(O) and D/H(N) suggests that either the O I/H I and/or the N I/H I ratio toward WD1634-573 must be different from the previously measured average ISM O/H and N/H values. The computation of D/H(N) from D I/N I is more suspect, since the relative N and H ionization states could conceivably vary within the LISM, while the O and H ionization states will be more tightly coupled by charge exchange.

研究动机与目标

• 利用 FUSE 对 WD 1634-573 的数据测量局部星际介质中的氘氢比（D/H）。
• 检验将 D I 与 O I 和 N I 的柱密度结合并使用已发布的平均银河系 ISM 元素丰度比值时，所获得的 D/H 值的一致性。
• 评估氧和氮相对于氢的电离态变化是否可解释 D/H 估计值之间的差异。
• 通过在本地泡内新视线方向测量 D/H，为理解银河系化学演化及原初 D/H 比值做出贡献。

提出的方法

• FUSE 对白矮星 WD 1634-573 的远紫外光谱进行观测，以测量 D I、H I、O I 和 N I 的柱密度。
• 通过极端紫外探测器（EUVE）数据对 H I 柱密度进行交叉验证，其精度高于仅使用 FUSE 的结果。
• 通过将 FUSE 的 D I 柱密度与 EUVE 的 H I 柱密度结合，计算 D/H，以最小化系统误差。
• 通过独立分析 D I/O I 和 D I/N I 比值来估算 D/H 值，再将其乘以 Meyer 等人（1997, 1998）给出的平均银河系 ISM O/H 和 N/H 比值。
• 通过比较两支独立分析团队的结果，评估系统不确定性，以评估柱密度测量中潜在偏差的影响。
• 研究了电离态假设的一致性，特别指出氮的电离态相对于氢在本地 ISM 中可能比氧变化更大。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过 FUSE 和 EUVE 数据测量的白矮星 WD 1634-573 方向的氘氢比（D/H）是多少？
• RQ2 当结合已发布的平均 O/H 和 N/H 值时，从 D I/O I 和 D I/N I 比值估算的 D/H 值如何比较？
• RQ3 从 O 和 N 丰度估算的 D/H 值之间的差异是否表明氮相对于氢的电离态在本地 ISM 中存在变化？
• RQ4 WD 1634-573 方向的 D/H 值是否与公认的本地星际介质（LIC）D/H 值 (1.5 ± 0.1) × 10⁻⁵ 一致？
• RQ5 来自遥远恒星的平均 O/H 和 N/H 值是否不能代表邻近 ISM，从而导致 D/H 估算不一致？

主要发现

• 基于 FUSE D I 和 EUVE H I 柱密度计算的 WD 1634-573 方向的 D/H 比值为 (1.6 ± 0.5) × 10⁻⁵，置信度为 2σ。
• 该值与公认的本地星际介质（LIC）D/H 值 (1.5 ± 0.1) × 10⁻⁵ 一致，支持本地泡内 D/H 比值的恒定性。
• 利用 D I/O I 比值和 Meyer 等人（1998）给出的平均 O/H 比值，估算的 D/H 为 (1.2 ± 0.2) × 10⁻⁵，略低于 LIC 值。
• 利用 D I/N I 比值和 Meyer 等人（1997）给出的平均 N/H 比值，估算的 D/H 为 (2.0 ± 0.4) × 10⁻⁵，与 O I 的 D/H 值或 LIC 值均无重叠。
• O 和 N 估算的 D/H 值之间存在不一致，表明 WD 1634-573 方向的 N I/H I 比值可能不同于平均银河系 ISM 值，极有可能是由于氮相对于氢的电离态存在变化。
• 由于氧和氢通过电荷交换紧密耦合，氧的电离态变化较小，因此尽管基于氧的 D/H 估算值较低，但其结果更可靠。