[论文解读] Stellar laboratories II. New Zn IV and Zn V oscillator strengths and their validation in the hot white dwarfs G191-B2B and RE0503-289

T. Rauch, K. Werner+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 10, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 6被引用 19

一句话总结

本文利用组态相互作用的哈特ree-福克方法重新计算了Zn iv和Zn v离子的振子强度，实现了对紫外谱线的精确非局部热动平衡（NLTE）建模。改进的原子数据成功再现了热白矮星G191-B2B（log Zn = -5.52 ± 0.2）中的31条Zn iv和16条Zn v谱线，以及RE 0503-289（log Zn = -3.57 ± 0.2）中的128条Zn v谱线，证实了锌的极度超太阳系外丰度，并验证了新原子数据在恒星丰度分析中的可靠性。

ABSTRACT

For the spectral analysis of high-resolution and high-signal-to-noise spectra of hot stars, state-of-the-art non-local thermodynamic equilibrium (NLTE) model-atmospheres are mandatory. These are strongly dependent on the reliability of the atomic data that is used for their calculation. In a recent analysis of the ultraviolet (UV) spectrum of the DA-type white dwarf G191-B2B, 21 Zn IV lines were newly identified. Because of the lack of Zn IV data, transition probabilities of the isoelectronic Ge VI were adapted for a first, coarse determination of the photospheric Zn abundance. We performed new calculations of Zn IV and Zn V oscillator strengths to consider their radiative and collisional bound-bound transitions in detail in our NLTE stellar-atmosphere models for the analysis of the Zn IV - V spectrum exhibited in high-resolution and high-S/N UV observations of G191-B2B and RE0503-289. In the UV spectrum of G191-B2B, we identify 31 Zn IV and 16 Zn V lines. Most of these are identified for the first time in any star. We can reproduce well almost all of them at log Zn = -5.52 +/- 0.2 (mass fraction, about 1.7 times solar). In particular, the Zn IV / Zn V ionization equilibrium, which is a very sensitive indicator for the effective temperature, is well reproduced with the previously determined Teff = 60000 +/- 2000 and log g = 7.60 +/- 0.05. In the spectrum of RE0503-289, we identified 128 Zn V lines for the first time and determined log Zn = -3.57 +/- 0.2 (155 times solar). Reliable measurements and calculations of atomic data are a pre-requisite for stellar-atmosphere modeling. Observed Zn IV and Zn V line profiles in two white dwarf (G191-B2B and RE0503-289) ultraviolet spectra were well reproduced with our newly calculated oscillator strengths. This allowed us to determine the photospheric Zn abundance of these two stars precisely.

研究动机与目标

• 为解决此前Zn iv和Zn v缺乏可靠原子数据、限制了热星大气丰度精确测定的问题。
• 提高对DA型白矮星G191-B2B和更热的DO型白矮星RE 0503-289中锌丰度测量的精度。
• 通过在高分辨率紫外谱线中重现观测到的Zn iv和Zn v线轮廓，验证新计算的振子强度。
• 在这些恒星的谱线中识别出新的Zn谱线，特别是在富含超铁元素的RE 0503-289中。
• 证明精确原子数据对于可靠非局部热动平衡恒星大气建模和离子化平衡分析至关重要。

提出的方法

• 使用包含相关组态的拟相对论哈特ree-福克（HFR）方法计算Zn iv和Zn v的振子强度。
• 通过最小二乘拟合过程优化径向积分和有效相互作用参数，以匹配Sugar & Musgrove（1995）的实验能级数据。
• 将新振子强度应用于G191-B2B和RE 0503-289的非局部热动平衡恒星大气模型，采用既定模型参数（G191-B2B：Teff = 60,000 K，log g = 7.60；RE 0503-289：Teff = 70,000 K，log g = 7.50）。
• 通过将合成线轮廓与哈勃空间望远镜和FUSE获得的高信噪比紫外光谱匹配，约束锌的丰度。
• 利用Zn iv与Zn v之间的离子化平衡作为有效温度的敏感诊断工具，验证模型大气参数的合理性。
• 通过HFR计算中的抵消因子（CF）评估线轮廓再现效果，并识别混合或抵消效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 新计算的Zn iv和Zn v振子强度能否提升热白矮星中光球锌丰度测定的准确性？
• RQ2 新原子数据在多大程度上能再现G191-B2B和RE 0503-289的高分辨率紫外谱中观测到的Zn iv和Zn v线轮廓？
• RQ3 Zn iv与Zn v之间的离子化平衡是否能为这些恒星的有效温度提供一致且可靠的约束？
• RQ4 利用改进的原子数据，能在这些白矮星的紫外谱中检测并确认多少条此前未识别的Zn谱线？
• RQ5 RE 0503-289中高锌丰度在多大程度上与该金属富集白矮星中其他超铁元素的丰度一致？

主要发现

• 新计算的Zn iv和Zn v振子强度成功再现了G191-B2B紫外谱中的31条Zn iv和16条Zn v谱线，光球锌丰度为log Zn = -5.52 ± 0.2（为太阳丰度的1.7倍）。
• Zn iv/Zn v离子化平衡与先前确定的有效温度60,000 ± 2,000 K和log g = 7.60 ± 0.05一致，验证了模型大气参数的可靠性。
• 在RE 0503-289中首次识别出128条Zn v谱线，锌丰度确定为log Zn = -3.57 ± 0.2，约为太阳丰度的155倍。
• RE 0503-289中高度超太阳系外的锌丰度与其他超铁元素（如Ge：650倍太阳丰度，Kr：450倍太阳丰度，Xe：3,800倍太阳丰度）的丰度一致。
• 抵消因子（CF）分析表明，极少有跃迁受强抵消效应影响，表明绝大多数计算的振子强度具有高度可靠性。
• 本研究证实，精确原子数据对于热金属富集白矮星中精确非局部热动平衡建模和丰度测定至关重要。