[论文解读] Lithium in the Globular Cluster NGC 6397: Evidence for dependence on evolutionary status

J. I. Gónzalez Hernández, P. Bonifacio+7 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 42被引用 46

一句话总结

本研究利用三维流体动力学模型大气，分析了金属贫乏球状星团NGC 6397中主序星和亚巨星的锂丰度。研究发现，亚巨星的锂丰度显著比主序星高0.1 dex，且随着温度降低而减少，表明锂的耗尽与演化状态相关，这一现象无法用当前的恒星模型解释。

ABSTRACT

Most Globular Clusters are believed to host a single stellar populations. They can thus be considered a good place to study the Spite plateau and probe for possible evolutionary modifications of the Li content. We want to determine the Li content of subgiant (SG) and Main Sequence (MS) stars of the old, metal-poor globular cluster NGC 6397. This work was aimed not only at studying possible Li abundance variations but to investigate the cosmological Li discrepancy. Here, we present FLAMES/GIRAFFE observations of a sample of 84 SG and 79 MS stars in NGC 6397 selected in a narrow range of B-V colour and, therefore, effective temperatures. We determine both Teff and A(Li) using 3D hydrodynamical model atmospheres for all the MS and SG stars of the sample. We find a significant difference in the Li abundance between SG stars and MS stars, the SG stars having an A(Li) higher by almost 0.1 dex on average. We also find a decrease in the A(Li) with decreasing Teff, both in MS and SG stars, albeit with a significantly different slope for the two classes of stars. This suggests that the lithium abundance in these stars is, indeed, altered by some process, which is Teff-dependent. The Li abundance pattern observed in NGC 6397 is different from what is found among field stars, casting some doubt on the use of Globular Cluster stars as representative of Population II with respect to the Li abundance. None of the available theories of Li depletion appears to satisfactorily describe our observations.

研究动机与目标

• 测量金属贫乏球状星团NGC 6397中主序星和亚巨星的锂丰度。
• 调查锂丰度是否如先前相互矛盾的结果所暗示的那样，随演化状态而变化。
• 通过研究星族II恒星中锂的行为，检验Spite平台作为原始锂丰度代理的有效性。
• 评估恒星演化及内部过程对古老、金属贫乏恒星中锂耗尽的影响。
• 评估锂丰度模式与当前星族II恒星中锂耗尽理论的一致性。

提出的方法

• 获取了NGC 6397中84颗亚巨星和79颗主序星的高分辨率FLAMES/GIRAFFE光谱，其B-V色指数范围较窄，以最小化温度分散。
• 使用一维和三维流体动力学模型大气确定有效温度，并通过Hα线轮廓拟合进行验证。
• 从670.8 nm双线测量锂等效宽度，并利用三维模型大气推导锂丰度（A(Li)）。
• 将结果与红外通量法（IRFM）色温及先前研究进行比较，评估温度标度依赖性。
• 使用Lind等人（2009年）的替代等效宽度重新分析数据，以检验结论对测量差异的稳健性。
• 利用理论等离子体图，评估原子扩散、湍流混合及内波对锂耗尽的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 6397中锂丰度是否在主序星与亚巨星之间随演化状态系统性变化？
• RQ2 NGC 6397中主序星和亚巨星的锂丰度如何随有效温度变化？
• RQ3 观测到的锂丰度模式是否与当前星族II恒星中锂耗尽的理论一致？
• RQ4 有效温度标度的差异在多大程度上影响了锂丰度趋势的解释？
• RQ5 NGC 6397中观测到的锂行为能否由标准恒星演化过程解释，还是需要引入新物理？

主要发现

• NGC 6397中的亚巨星平均锂丰度比主序星高0.1 dex。
• 在主序星和亚巨星中，锂丰度均随有效温度降低而减少，但亚巨星的减少速率显著更陡峭。
• 观测到的锂丰度模式与场星族II恒星中的模式不同，表明球状星团恒星在锂含量方面可能不代表星族II的普遍特征。
• 与先前研究（如Korn等人2006、2007年；Lind等人2009年）相比，锂丰度趋势的差异主要归因于有效温度标度的差异。
• 使用Lind等人等效宽度及我们的温度标度重新分析后，结果一致，表明结论对测量差异具有稳健性。
• 当前的锂耗尽模型（包括考虑原子扩散、湍流混合或内波的模型）均无法解释观测行为，表明需要新的理论发展。