[论文解读] Spectral analysis of multi mode pulsating sdB stars II. Feige 48, KPD 2109+4401 and PG 1219+534

U. Heber, I. N. Reid+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 5

一句话总结

本研究利用高分辨率Keck HIRES光谱，对三颗多模脉动亚矮B型星（Feige 48、KPD 2109+4401 和 PG 1219+534）进行了详细的光谱分析。采用线致空白的非局部热动平衡（NLTE）与局部热动平衡（LTE）模型大气，研究者确定了大气参数、元素丰度及旋转速度。结果表明，Feige 48 和 KPD 2109+4401 的巴尔默线与氦线拟合得到的温度估计值一致；而 PG 1219+534 的离子化平衡法得出的温度显著高于线轮廓拟合结果，存在明显差异。本研究的关键贡献在于：尽管存在强烈的扩散过程，这些恒星中的铁丰度仍为太阳值，支持了理论预测。

ABSTRACT

Three members of the new class of pulsating sdB stars (sdBV or EC 14026 stars) are analysed from Keck HIRES spectra using line blanketed NLTE and LTE model atmospheres. Atmospheric parameters (Teff, log g, He/H), metal abundances and rotational velocities are determined. As is typical for sdB stars, all programme stars are found to be helium deficient, with a He abundance ranging from 1/80 solar for Feige 48 to 1/3 solar for PG 1219+534, probably due to diffusion. Most metals are also depleted. The abundances of C, O, Ne, Mg, Al and Si in the high gravity programme stars KPD 2109+4401 and PG 1219+534 are considerably lower than in the lower gravity stars Feige 48 and PG 1605+072 which could be explained by an equilibrium between gravitational settling and radiative levitation. Surprisingly iron is solar to within error limits in all programme stars irrespective of their gravity, confirming predictions from diffusion calculations. The metal lines are very sharp and allow the microturbulent velocity to be constrained to be lower than 5km/s (KPD2109+4401, PG 1219+534). Also the projected rotational velocities have to be very low (vrot sini<10km/s). For Feige 48 the limits are even tighter (vmicro<=3km/s, vrot sini<=5km/s).

研究动机与目标

• 利用高分辨率光谱学方法精确测定三颗多模脉动亚矮B型星（Feige 48、KPD 2109+4401 和 PG 1219+534）的大气参数（Teff、log g、He/H）。
• 研究元素丰度，特别是铁丰度，与极端水平分支恒星中理论扩散模型的关系。
• 评估非局部热动平衡（NLTE）效应对高温、高重力恒星中重力与温度测定的影响。
• 通过锐利的谱线约束微湍流速度与旋转速度，为类地壳振动态模型提供依据。
• 解决由不同光谱指标得出的温度估计值之间的差异，特别是在PG 1219+534中的情况。

提出的方法

• 使用Keck HIRES摄谱仪在3700–5200 Å波段获取了高分辨率阶梯光谱（R ≈ 100,000）。
• 采用线致空白的NLTE与LTE模型大气拟合观测到的巴尔默线与氦线，实现温度与重力的一致性确定。
• 利用He、N和Si的离子化平衡作为温度诊断工具，并与巴尔默线轮廓拟合结果交叉验证。
• 通过等效宽度与合成谱拟合进行丰度分析，重点关注微湍流速度与旋转展宽的影响。
• 通过拟合锐利谱线约束投影旋转速度（vsini），并从线型展宽中推导出上限。
• 采用多组分高斯拟合对星际Ca II K吸收线进行建模，以校正前景吸收效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 Feige 48、KPD 2109+4401 和 PG 1219+534 的有效温度、重力与氦丰度，通过光谱拟合可得为何值？
• RQ2 为何在PG 1219+534中，氮与氦的离子化平衡法得出的有效温度显著高于巴尔默线轮廓拟合结果？
• RQ3 NLTE与LTE模型大气在确定这些高温、高重力恒星的重力与温度时，表现如何比较？
• RQ4 这些sdB星中的金属丰度在多大程度上被耗竭？为何尽管存在强烈的扩散过程，铁仍表现为太阳丰度？
• RQ5 微湍流速度与投影旋转速度的上限为何？它们对类地壳振动态建模有何影响？

主要发现

• 对于Feige 48与KPD 2109+4401，巴尔默线拟合与He、N、Si的离子化平衡所得温度估计值在±300 K范围内一致，表明大气参数一致。
• 对于PG 1219+534，氮与氦的离子化平衡分别给出36,800 K与34,400 K的有效温度，显著高于巴尔默线轮廓拟合所得的33,200 K。
• NLTE模型大气所得重力值比LTE结果低至多0.1 dex，表明在高重力sdB星中存在系统性的NLTE修正效应。
• 三颗恒星均为氦缺乏型，He/H比值从Feige 48的1/80太阳值到PG 1219+534的1/3太阳值不等，可能由引力沉降与扩散过程导致。
• 碳、氧、氖、镁、铝与硅的金属丰度在高重力恒星（KPD 2109+4401 与 PG 1219+534）中显著耗竭，与引力沉降与辐射提举之间的平衡一致。
• 三颗恒星的铁丰度在误差范围内为太阳值，证实了Charpinet等人（1997）的理论预测：在脉动sdB星包层中，扩散过程可产生太阳铁丰度。