[论文解读] Stellar laboratories. VIII. New Zr IV - VII, Xe IV - V, and Xe VII oscillator strengths and the Al, Zr, and Xe abundances in the hot white dwarfs G191-B2B and RE0503-289

T. Rauch, Sébastien Gamrath+6 more|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 37被引用 16

一句话总结

本研究为Zr IV–VII、Xe IV–V及Xe VII提供了新的非局部热动平衡（NLTE）振子强度，实现了在一颗热白矮星（RE0503-289）中首次探测到锆元素，其测量丰度为log ε(Zr) = −3.5 ± 0.2（约为太阳丰度的11,500倍）。同时，该研究将氙元素丰度测定精度提升至−3.9 ± 0.2（约为太阳丰度的7,500倍），并在G191-B2B中为锆和氙设定了上限，凸显了精确原子数据在热恒星非局部热动平衡大气模型中的关键作用。

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. To search for Zr and Xe lines in the ultraviolet (UV) spectra of G191-B2B and RE0503-289, new Zr IV-VII, Xe IV-V, and Xe VIII oscillator strengths were calculated. This allows for the first time, determination of the Zr abundance in white dwarf (WD) stars and improvement of the Xe abundance determinations. We calculated Zr IV-VII, Xe IV-V, and Xe VIII oscillator strengths to consider radiative and collisional bound-bound transitions of Zr and Xe in our NLTE stellar-atmosphere models for the analysis of their lines exhibited in UV observations of the hot WDs G191-B2B and RE0503-289. We identified one new Zr IV, 14 new Zr V, and ten new Zr VI lines in the spectrum of RE0503-289. Zr was detected for the first time in a WD. We measured a Zr abundance of -3.5 +/- 0.2 (logarithmic mass fraction, approx. 11 500 times solar). We dentified five new Xe VI lines and determined a Xe abundance of -3.9 +/- 0.2 (approx. 7500 times solar). We determined a preliminary photospheric Al abundance of -4.3 +/- 0.2 (solar) in RE0503-289. In the spectra of G191-B2B, no Zr line was identified. The strongest Zr IV line (1598.948 A) in our model gave an upper limit of -5.6 +/- 0.3 which is about 100 times solar. No Xe line was identified in the UV spectrum of G191-B2B and we confirmed the previously determined upper limit of -6.8 +/- 0.3 (ten times solar). Precise measurements and calculations of atomic data are a prerequisite for advanced NLTE stellar-atmosphere modeling. Observed Zr IV - VI and Xe VI - VII line profiles in the UV spectrum of RE0503-289 were simultaneously well reproduced.

研究动机与目标

• 通过提供Zr和Xe离子的新且可靠的振子强度，提升热白矮星中恒星丰度测定的准确性。
• 通过高分辨率紫外光谱和先进的NLTE建模，实现首次在白矮星中探测到锆元素。
• 通过识别新谱线并改进原子数据，提升热白矮星中氙丰度测量的精度。
• 利用高信噪比紫外光谱，为G191-B2B中的Zr和Xe建立精确的上限。
• 通过同时拟合多个电离态的谱线轮廓，验证观测谱线轮廓与NLTE模型大气的一致性。

提出的方法

• 使用先进的原子结构计算，计算了Zr IV–VII、Xe IV–V及Xe VIII的新振子强度。
• 应用非局部热动平衡（NLTE）恒星大气模型，模拟热白矮星中的谱线形成过程。
• 分析G191-B2B和RE0503-289的高分辨率、高信噪比紫外光谱，识别并拟合Zr和Xe的谱线。
• 采用合成光谱拟合方法，匹配观测谱线轮廓并推导元素丰度。
• 将模型预测与观测谱线轮廓进行比较，验证新原子数据的可靠性。
• 应用误差分析，基于光谱拟合和数据质量确定丰度不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在热白矮星RE0503-289中，锆的丰度是多少？能否通过改进的原子数据首次实现其探测？
• RQ2 Xe IV–V和Xe VII的新振子强度在多大程度上提升了热白矮星中氙丰度测定的准确性？
• RQ3 在白矮星G191-B2B中，锆和氙的上限是多少？与以往估计相比如何？
• RQ4 在RE0503-289中，Zr IV–VI和Xe VI–VII的观测谱线轮廓在多大程度上能被使用新原子数据生成的NLTE合成光谱准确再现？
• RQ5 在NLTE模型中引入改进的原子数据，对热恒星大气中元素丰度测定的可靠性有何影响？

主要发现

• 首次在白矮星中探测到锆元素，其在RE0503-289中的测量丰度为log ε(Zr) = −3.5 ± 0.2，相当于约为太阳丰度的11,500倍。
• 在RE0503-289中识别出15条新Zr谱线：1条Zr IV、14条Zr V，以及10条Zr VI谱线，均与推导出的丰度一致。
• 基于5条新Xe VI谱线，确定了RE0503-289中氙的丰度为log ε(Xe) = −3.9 ± 0.2，相当于约为太阳丰度的7,500倍。
• 在G191-B2B中未探测到Zr谱线，因此得出上限log ε(Zr) < −5.6 ± 0.3，即约为太阳丰度的100倍。
• 在G191-B2B中未识别出Xe谱线，证实了先前建立的上限log ε(Xe) < −6.8 ± 0.3，即约为太阳丰度的10倍。
• 在RE0503-289中，Zr IV–VI和Xe VI–VII的观测谱线轮廓被NLTE合成光谱同时且良好地再现，验证了新原子数据和建模方法的可靠性。