[论文解读] First determination of s-process element abundances in pre-main sequence clusters: Y, Zr, La, and Ce in IC 2391, the Argus association and IC 2602

V. D’Orazi, Gayandhi De Silva+1 more|Cineca Institutional Research Information System (Tor Vergata University)|Dec 19, 2016

Astro and Planetary Science被引用 15

一句话总结

本研究首次对预主序星团 IC 2391、Argus 星协和 IC 2602 中 s-过程元素 Y、Zr、La 和 Ce 进行了高分辨率光谱测定。基于高信噪比数据的差分光谱合成分析发现，尽管 Ba 的增强显著（[Ba/Fe] ≈ 0.65 dex），但其他所有 s-过程元素均表现出太阳比例的丰度，挑战了年轻星团中标准 s-过程核合成模型。

ABSTRACT

Several high-resolution spectroscopic studies have provided compelling observational evidence that open clusters display a decreasing trend of their barium abundances as a function of the cluster's age. Young clusters (ages~200 Myr) exhibit significant enhancement in the [Ba/Fe] ratios, at variance with solar-age clusters where the Ba content has been found to be [Ba/Fe]~0 dex. Different viable solutions have been suggested in the literature, nevertheless, a conclusive interpretation of such a peculiar trend has not been found. Interestingly, it is debated whether the other species produced with Ba via s-process reactions do follow the same trend with age. Pre-main sequence clusters (~10-50 Myr) show the most extreme behaviour in this respect: their [Ba/Fe] ratios can reach 0.65 dex, which higher than the solar value by a factor of four. Crucially, there are no investigations of the other s-process species for these young stellar populations. In this paper we present, the first determination of Y, Zr, La, and Ce in clusters IC 2391, IC 2602 and the Argus association. The main objective of our work is to ascertain whether these elements reveal the same enhancement as Ba. Our results indicate that, at variance with Ba, all the other s-process species exhibit a solar scaled pattern: these clusters confirm a similar trend discovered in the slightly older local associations (e.g., AB Doradus, Carina Near), where only Ba exhibit enhanced value with all other s process species being solar. We have discussed several possible explanations such as e.g., chromospheric effects, departures from the LTE approximation, or the activation of a different nucleosynthesis chain. We cannot currently provide the definite answer to this question and future investigations from theoretical and observational perspectives are sorely needed.

研究动机与目标

• 首次测定年轻预主序星团中 Y、Zr、La 和 Ce 的 s-过程元素丰度。
• 检验年轻星团中观测到的钡增强（最高达 [Ba/Fe] ≈ 0.65 dex）是否也出现在其他 s-过程元素中。
• 探究年轻星团中异常的钡增强是否与标准 s-过程核合成一致，或是否需要其他机制解释。
• 将先前在稍老星协（如 AB Doradus、Carina-Near）中的发现扩展至更年轻的预主序星团。
• 评估系统性效应（如非局部热动平衡或色球层活动）是否足以解释异常的钡分布模式。

提出的方法

• 获取 ESO 项目 080.D-2002 和 082.C-0218 的高分辨率、高信噪比光谱数据。
• 采用严格差分丰度分析方法，以铁峰元素为参考，最大限度减少系统误差。
• 通过单条吸收线的光谱合成计算，推导 Y、Zr、La 和 Ce 的丰度。
• 对所有目标恒星采用一致的恒星大气参数（Teff、log g、ξ），以降低内部误差。
• 将观测到的谱线轮廓与基于模型大气和谱线列表数据计算的合成光谱进行比较。
• 通过微湍流、非局部热动平衡效应和色球层活动的敏感性测试，评估潜在系统性影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在预主序星团中，除 Ba 外的 s-过程元素（特别是 Y、Zr、La 和 Ce）是否表现出与 Ba 相同的增强？
• RQ2 在年轻星团（10–50 Myr）中观测到的 Ba 增强是否与标准 s-过程核合成模型一致？
• RQ3 非局部热动平衡效应、色球层活动或微湍流是否足以解释异常的 Ba 丰度，而无需引入新的核合成过程？
• RQ4 在较老本地星协（如 AB Doradus）中观测到的模式是否可推广至更年轻的预主序星团？
• RQ5 是否存在其他核合成过程（如 i-过程）的证据，可解释 Ba 过量而其他 s-过程元素保持不变？

主要发现

• IC 2391、Argus 和 IC 2602 中的 [Ba/Fe] 比值高达 0.65 dex，证实了其他年轻星团中观测到的极端增强现象。
• 所有其他 s-过程元素（Y、Zr、La 和 Ce）均表现出太阳比例丰度，[X/Fe] ≈ 0.0 dex，覆盖整个样本。
• [Y/Fe]、[Zr/Fe]、[La/Fe] 和 [Ce/Fe] 比值与太阳系 s-过程模式一致，未如 Ba 那样增强。
• 结果证实并扩展了先前在较老星协中的发现（如 D’Orazi et al. 2012；Reddy & Lambert 2015），表明仅 Ba 异常。
• Ba 与其他 s-过程元素之间的差异无法用标准 s-过程核合成解释，暗示需要替代机制。
• i-过程（仅产生 Ba 而不增强其他 s-过程元素）是一种有前景但尚未证实的解释，需进一步理论与观测验证。