[论文解读] Lithium abundances for 185 main-sequence stars - Galactic evolution and stellar depletion of lithium

Y.Q. Chen, P. E. Nissen+2 more|ArXiv.org|Apr 3, 2001

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 17被引用 92

一句话总结

本研究为185颗主序星提供了高精度的锂丰度数据，揭示了两种截然不同的锂耗尽机制：在特定质量下与金属量相关的尖锐Li谷，以及在对流区中与质量相关的耗尽。关键发现是，锂耗尽发生在恒星演化的早期阶段，而旋转和角动量损失等额外因素在质量与金属量之外也影响耗尽过程；此外，新星很可能是银河系演化中在[Fe/H] ≈ -0.4处导致锂丰度急剧上升的主要原因。

ABSTRACT

We present a survey of lithium abundances in 185 main- sequence field stars with Teff between 5600 and 6600 K and [Fe/H] from -1.4 to +0.2 based on high-resolution spectra of 130 stars and a reanalysis of data from Lambert et al. (1991). The survey takes advantage of improved ways of determining effective temperature, metallicity, mass and age, offering an opportunity to investigate the behaviour of Li as a function of these parameters. An interesting result is the presence of a large gap in the Li-Teff plane, which distinguishes `Hyades-like, Li-dip' stars from other stars. These Li-dip stars have a well-defined mass, which decreases with metallicity. Stars above the gap, when divided into four metallicity groups, may show a correlation between Li abundance and stellar mass, but with a large dispersion that cannot be explained by observational errors or differences in metallicity and age, which ranges from 1.5 to 15 Gyr. This suggests that Li depletion occurs early in stellar life and that other parameters, e.g. initial rotation velocity and/or the rate of angular momentum loss, affect the degree of depletion. A comparison of the distribution of stars in the Li-[Fe/H] plane with evolutionary models of Romano et al. (1999) suggests that novae are a major source for the Li production in the Galactic disk.

研究动机与目标

• 研究主序星中锂丰度随有效温度、金属量、质量与年龄的变化行为。
• 确定锂耗尽是否主要由恒星质量与金属量驱动，或受初始旋转速度、角动量损失等其他参数影响。
• 评估Li–[Fe/H]分布的上包络是否反映银河系锂演化过程，特别是恒星源（如新星）在其中的作用。
• 通过建立Li谷星的精确质量–金属量关系，约束恒星混合理论。
• 评估在固定金属量下宇宙尺度的随机性（cosmic scatter）在解释观测到的分散性方面可能发挥的作用。

提出的方法

• 在兴隆与拉西拉天文台对130颗恒星的高分辨率光谱中测量Li i λ6708线的等效宽度。
• 重新分析Lambert等人（1991）文献中关于55颗恒星的数据，以确保丰度测定的一致性。
• 利用Hipparcos绝对星等推导恒星质量与年龄，提升参数精度。
• 采用改进的测光与光谱技术校准有效温度与金属量。
• 根据其在log ε(Li)–Teff平面中的位置，将恒星分类为Li谷星与非Li谷星。
• 拟合Li谷星的质量–金属量关系，并分析Li–质量关系的残差，以检验年龄及其他参数的依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在排除Li谷星的情况下，主序星中锂丰度与恒星质量之间存在何种关系？
• RQ2 Li谷星的质量如何随金属量变化？这对恒星混合理论有何启示？
• RQ3 为何在固定金属量下锂丰度存在较大分散性？除质量与金属量外，还有哪些因素导致这种分散？
• RQ4 Li–[Fe/H]分布的上包络是否代表银河系锂演化过程？哪些恒星源在主导锂生产？
• RQ5 观测到的锂丰度分散性是否与恒星年龄、自转或磁场相关？

主要发现

• 在log ε(Li)–Teff平面中，Li谷星与高锂丰度星之间存在至少1 dex的明显间隙。
• Li谷星的质量从太阳金属量时的~1.4 M☉下降至[Fe/H] ≈ -1.0时的~1.1 M☉，并遵循明确的质量–金属量关系。
• 在[Fe/H] ≈ -0.4以下，Li–质量关系的分散度为0.2 dex，以上则为0.3 dex，超过观测误差，且与年龄无关。
• Li–质量关系残差与恒星年龄（1.5–15 Gyr）无相关性，表明大部分锂耗尽发生在恒星生命早期。
• 在[Fe/H] ≈ -0.4处锂丰度急剧上升的现象，最合理的解释是新星作为银河系盘面中锂生产的主要来源，该结论与Romano等人（1999）的模型一致。
• 在固定金属量下，星际介质中锂丰度的宇宙尺度随机性可能对观测到的分散性有所贡献，尽管未发现与运动学的相关性。