[论文解读] Stellar laboratories. VII. New Kr IV - VII oscillator strengths and an improved spectral analysis of the hot, hydrogen-deficient DO-type white dwarf RE0503-289

T. Rauch, P. Quinet+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 60被引用 15

一句话总结

本研究通过先进的量子力学方法计算了新的 Kr iv–vii 跃迁概率，以改进对高温、富含氦的 DO 型白矮星 RE 0503−289 的非局部热动平衡（NLTE）模型大气。利用哈勃望远镜和 FUSE 获取的高分辨率紫外光谱，作者重新分析了该恒星的大气参数和 Kr 含量，识别出 11 条新的 Kr 线（10 条 Kr v，1 条 Kr vi），并得出高度超太阳系的 Kr 含量 log Kr = −3.3 ± 0.3，证实了在高温恒星的 NLTE 光谱分析中使用精确原子数据的必要性。

ABSTRACT

For the spectral analysis of high-resolution and high-signal-to-noise (S/N) 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. New of Kr IV - VII oscillator strengths for a large number of lines allow to construct more detailed model atoms for our NLTE model-atmosphere calculations. This enables us to search for additional Kr lines in observed spectra and to improve Kr abundance determinations. We calculated Kr IV - VII oscillator strengths to consider radiative and collisional bound-bound transitions in detail in our NLTE stellar-atmosphere models for the analysis of Kr lines exhibited in high-resolution and high-S/N ultraviolet (UV) observations of the hot white dwarf RE 0503-289. We reanalyzed the effective temperature and surface gravity and determined Teff = 70 000 +/- 2000 K and log (g / cm/s**2) = 7.5 +/- 0.1. We newly identified ten Kr V lines and one Kr VI line in the spectrum of RE 0503-289. We measured a Kr abundance of -3.3 +/- 0.3 (logarithmic mass fraction). We discovered that the interstellar absorption toward RE 0503-289 has a multi-velocity structure within a radial-velocity interval of -40 km/s < vrad < +18 km/s. Reliable measurements and calculations of atomic data are a prerequisite for state-of-the-art NLTE stellar-atmosphere modeling. Observed Kr V - VII line profiles in the UV spectrum of the white dwarf RE 0503-289 were simultaneously well reproduced with our newly calculated oscillator strengths.

研究动机与目标

• 通过提供精确的原子数据，提高对高温、氢缺乏白矮星的非局部热动平衡（NLTE）模型大气的可靠性。
• 解决 Kr iv–vii 缺乏全面跃迁概率数据的问题，该问题阻碍了对高电离态超铁元素的精确光谱分析。
• 利用新计算的跃迁概率，重新分析 DO 型白矮星 RE 0503−289 的大气参数和 Kr 含量。
• 在高分辨率紫外光谱中识别出此前未被发现的 Kr 线，并验证 Kr iv–vii 的电离平衡。
• 利用观测到的吸收特征，研究视线方向上星际介质的速度结构。

提出的方法

• 采用包括组态相互作用和 Breit-Pauli 修正在内的先进量子力学方法，计算新的 Kr iv–vii 跃迁概率，以准确模拟辐射和碰撞跃迁。
• 构建了包含新跃迁概率的 Kr iv–vii 详细模型原子，以改进 NLTE 恒星大气建模。
• 使用新模型原子和哈勃/STIS 及 FUSE 获取的高分辨率紫外观测数据进行光谱合成，以拟合观测到的谱线轮廓。
• 采用 OWENS 谱线轮廓拟合程序和理论谱服务（TheoSSA、TOSS），将合成谱与观测数据进行比较。
• 通过最小化多个 Kr 电离态观测与合成谱线轮廓之间的残差，约束大气参数（T_eff、log g）。
• 利用高信噪比紫外光谱分析星际吸收线的径向速度结构，并与邻近的 DA 型白矮星 RE 0457−281 进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 Kr iv–vii 跃迁的精确跃迁概率是什么？它们如何改进 NLTE 模型大气计算？
• RQ2 新原子数据对 RE 0503−289 推导出的有效温度和表面重力有何影响？
• RQ3 在使用更新的跃迁概率和改进的模型原子时，RE 0503−289 光球层中的 Kr 含量是多少？
• RQ4 在 RE 0503−289 的紫外光谱中是否存在此前未被发现的 Kr 线？能否利用新数据识别出这些谱线？
• RQ5 视线方向上 RE 0503−289 方向的星际介质的径向速度结构如何？与 RE 0457−281 方向相比有何异同？

主要发现

• RE 0503−289 的有效温度和表面重力被精确修正为 T_eff = 70,000 ± 2,000 K 和 log g = 7.5 ± 0.1 cm s⁻²，与先前估计一致但更为精确。
• 利用新跃迁概率，明确识别出 RE 0503−289 紫外光谱中的 10 条新 Kr v 线和 1 条 Kr vi 线。
• RE 0503−289 中的 Kr 含量确定为 log Kr = −3.3 ± 0.3（对数质量分数），相当于太阳丰度的 2,300 至 9,200 倍。
• 合成谱中 Kr v–vii 的电离平衡得到良好再现，证实了新原子数据与模型大气的一致性。
• RE 0503−289 方向的星际介质表现出多速度结构，径向速度范围为 −40 km s⁻¹ 至 +18 km s⁻¹。
• RE 0503−289 中的 Fe 含量被限制在 ≤0.01 倍太阳丰度，与先前限制一致，而高 Ni/Fe 比率仍无法解释。