[论文解读] Model atmospheres of magnetic chemically peculiar stars. A remarkable strong-field Bp SiCrFe star HD137509

D. Shulyak, O. Kochukhov+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 7, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 18被引用 5

一句话总结

本研究首次针对真实磁性化学异常恒星HD 137509，采用包含异常塞曼分裂完整处理、偏振辐射转移及个别元素丰度的先进模型大气，实现了自洽建模。结果表明，磁场效应与非太阳丰度显著改变了大气结构与观测量，与标准模型相比，有效温度需修正1000 K，表面重力修正0.4 dex。

ABSTRACT

In the last few years we have developed stellar model atmospheres which included effects of anomalous abundances and strong magnetic field. The full treatment of anomalous Zeeman splitting and polarized radiative transfer were introduced in the model atmosphere calculations for the first time. In this investigation we present results of modelling the atmosphere of one of the most extreme magnetic chemically peculiar stars, HD137509. This Bp SiCrFe star has the mean surface magnetic field modulus of about 29kG. We use the recent version of the line-by-line opacity sampling stellar model atmosphere code LLmodels, which incorporates the full treatment of Zeeman splitting of spectral lines, detailed polarized radiative transfer and arbitrary abundances. We compare model predictions with photometric and spectroscopic observations of the star, aiming to reach a self-consistency between the abundance pattern derived from high-resolution spectra and abundances used for model atmosphere calculation. Based on magnetic model atmospheres, we redetermined abundances and fundamental parameters of HD137509 using spectroscopic and photometric observations. This allowed us to obtain a better agreement between observed and theoretical parameters compared to non-magnetic models with individual or scaled-solar abundances. We confirm that the magnetic field effects should be taken into account in the stellar parameter determination and abundance analysis.

研究动机与目标

• 解决恒星天体物理学中长期存在的难题：标准模型大气无法解释化学异常恒星中强磁场与异常丰度的影响。
• 检验磁场效应与个别元素丰度是否显著改变模型大气结构与观测恒星参数。
• 通过完整引入磁场与化学物理效应，提升观测光谱与测光数据与理论模型之间的一致性。
• 确定在准确测定恒星参数时，是否必须同时包含非太阳丰度与磁场效应。

提出的方法

• 采用LLmodels代码，一种逐线光学厚度采样模型大气代码，包含局部热动平衡（LTE）、一维、平面平行、静力结构，并完整处理异常塞曼分裂。
• 引入偏振辐射转移，以考虑磁场对谱线形成的影响。
• 模型采用基于HD 137509高分辨率光谱获得的独立分层元素丰度，避免使用标量太阳丰度假设。
• 将模型预测与观测的Hβ与Hγ线轮廓、斯特罗姆伦与日内瓦测光系统中的颜色、能量分布进行比较。
• 通过迭代调整有效温度与表面重力，实现观测与理论可观测量之间的自洽。
• 分析中对比了非磁性模型与仅使用标量太阳丰度的模型，以分离磁场与化学效应的独立影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 强磁场与非太阳丰度如何影响磁性化学异常恒星中模型大气的结构？
• RQ2 磁场效应与个别元素丰度在多大程度上改善了观测与理论氢线轮廓之间的符合度？
• RQ3 磁场与异常丰度如何影响HD 137509的测光颜色与 bolometric 校正？
• RQ4 在模型大气中引入磁场与化学效应后，对有效温度与表面重力的修正量是多少？
• RQ5 是否可通过完整包含磁场与化学物理效应的自洽建模，减少观测与理论恒星参数之间的差异？

主要发现

• 引入个别元素丰度对Hβ与Hγ线轮廓产生主导影响，与使用标量太阳丰度的模型相比显著改变其形状。
• 磁场对氢线轮廓的影响较小但可测量，仅在像HD 137509这样具有极强磁场的恒星中才变得重要。
• 磁场与个别元素丰度的联合效应在测光颜色上比单独任一因素更显著，尤其在U滤光片中。
• 与使用标量太阳丰度的标准模型相比，同时包含磁场效应与个别元素丰度的自洽模型，需对有效温度进行1000 K的修正，对表面重力进行0.4 dex的修正。
• 在考虑金属线轮廓时，磁场与异常丰度对模型大气结构仅产生轻微修改，但整体能量分布强烈受磁场线填充效应影响。
• 由于缺乏HD 137509的高质量、全波段能量分布数据，无法对线填充效应做出稳健的定量结论，凸显未来观测中需提升通量覆盖的重要性。