[论文解读] Hot subdwarf stars in close-up view IV. Helium abundances and the $^3$He isotopic anomaly of subdwarf B star

S. Geier, U. Heber+6 more|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 15

一句话总结

本研究利用高分辨率光谱学分析了44颗明亮次矮星B型星中的氦丰度及³He同位素异常，确认了两条截然不同的氦丰度序列，并在27,000 K至31,000 K之间识别出8颗具有显著³He富集的恒星。结果表明，辐射扩散过程很可能是导致同位素异常的原因，其模式与主序B型星中的现象相似。

ABSTRACT

Atmospheric parameters and helium abundances of 44 bright subdwarf B stars have been determined. More than half of our sample consists of newly discovered stars from the Edinburgh Cape survey. We showed that effective temperatures and surface gravities can be derived from high resolution echelle spectra with sufficient accuracy. Systematic uncertainties have been determined by comparing the parameters derived from the high resolution data with the ones derived from medium resolution spectra. Helium abundances have been measured with high accuracy. Besides the known correlation of helium abundance with temperature, two distinct sequences in helium abundance have been confirmed. Significant isotopic shifts of helium lines due to an enrichment in $^{3}$He have been found in the spectra of 8 sdBs. Most of these stars cluster in a small temperature range between $27\,000\,{ m K}$ and $31\,000\,{ m K}$ very similar to the known $^{3}$He-rich main sequence B stars, which also cluster in such a small strip, but at different temperatures. Both the helium sequences and the isotopic anomaly are discussed.

研究动机与目标

• 利用高分辨率光谱学精确测定44颗明亮次矮星B型星的大气参数及氦丰度。
• 研究次矮星B型星中观测到的双峰氦丰度分布的成因。
• 搜寻并量化氦线中因³He富集而产生的同位素位移。
• 将³He富集的sdB星的温度分布与已知的³He富集主序B型星进行比较，以检验是否存在共同的物理机制。
• 评估辐射扩散与质量损失在塑造sdB星大气中元素丰度中的作用。

提出的方法

• 利用高分辨率阶梯光谱仪光谱，高精度地推导出有效温度与表面重力。
• 通过与中等分辨率光谱对比，交叉验证大气参数，以量化系统性不确定度。
• 通过光谱线拟合与模型大气分析，高精度测量氦丰度。
• 通过对比考虑³He与⁴He贡献的合成光谱与实测线轮廓，识别氦线中的同位素位移。
• 分析氦丰度与³He富集的温度依赖性，以识别不同的序列与异常。
• 引入扩散模型以解释观测到的同位素趋势，特别是³He的温度依赖性富集。

实验结果

研究问题

• RQ1 次矮星B型星中的氦丰度分布如何？是否表现出双峰行为？
• RQ2 氦线中是否存在显著的同位素位移，表明sdB星中存在³He富集？若存在，其有效温度位于何处？
• RQ3 ³He富集的sdB星的温度范围与已知的³He富集主序B型星相比如何？
• RQ4 何种物理机制（如辐射扩散）可解释sdB星中观测到的³He同位素异常？
• RQ5 恒星风或其他质量损失过程在多大程度上影响sdB星大气中的氦与³He丰度？

主要发现

• 通过高分辨率阶梯光谱高精度推导出有效温度与表面重力，系统性不确定度通过与中等分辨率数据对比量化。
• 确认了两条截然不同的氦丰度序列：一条在较冷温度下具有较低氦丰度，另一条在较热温度下具有较高氦丰度。
• 在8颗次矮星B型星中检测到由³He富集引起的显著同位素位移，所有这些恒星均集中于27,000 K至31,000 K的狭窄温度范围内。
• ³He富集的sdB星的温度分布与已知的³He富集主序B型星高度吻合，后者集中于18,000 K至21,000 K之间。
• 观测到的³He富集最可能由辐射扩散解释：³He在特定温度阈值处被支持于大气中，而⁴He则下沉。
• 在温度低于31,000 K时，上层氦丰度序列在log y ≈ -2.5处保持相对稳定，而在更高温度下出现上升，表明主导物理过程发生了转变。