[论文解读] The elemental composition of the Sun III. The heavy elements Cu to Th

N. Grevesse, Pat Scott+2 more|arXiv (Cornell University)|May 1, 2014

Astro and Planetary Science参考文献 140被引用 10

一句话总结

本文使用最新的3D太阳大气模型和非局部热动平衡（NLTE）修正，对铜（Z=29）至钍（Z=90）的元素进行了全面的太阳丰度重新评估。通过严格筛选光谱线、评估振子强度和超精细参数，实现了高精度结果，并与原始陨石成分表现出良好一致性，仅在某些元素中存在显著例外。

ABSTRACT

We re-evaluate the abundances of the elements in the Sun from copper ($Z=29$) to thorium ($Z=90$). Our results are mostly based on neutral and singly-ionised lines in the solar spectrum. We use the latest 3D hydrodynamic solar model atmosphere, and in a few cases also correct for departures from local thermodynamic equilibrium (LTE) using non-LTE (NLTE) calculations performed in 1D. In order to minimise statistical and systematic uncertainties, we make stringent line selections, employ the highest-quality observational data and carefully assess oscillator strengths, hyperfine constants and isotopic separations available in the literature, for every line included in our analysis. Our results are typically in good agreement with the abundances in the most pristine meteorites, but there are some interesting exceptions. This analysis constitutes both a full exposition and a slight update of the relevant parts of the preliminary results we presented in Asplund, Grevesse, Sauval & Scott (arXiv:0909.0948), including full line lists and details of all input data that we have employed.

研究动机与目标

• 为铜（Z=29）至钍（Z=90）的元素提供均匀且精确的太阳丰度测定，解决以往研究中的不一致性。
• 通过采用最新的3D流体动力学太阳大气模型，而非1D模型，提高准确性。
• 通过仔细选择光谱线并评估振子强度、超精细结构常数和同位素分离，降低不确定性。
• 评估非局部热动平衡（NLTE）效应对选定光谱线的影响，特别是对Cu、Zn和Sr等元素，使用1D NLTE计算。
• 将推导出的太阳丰度与最原始陨石中的丰度进行比较，以检验太阳系核合成模型的一致性。

提出的方法

• 利用最新的3D流体动力学太阳大气模型（CO$^3$D）计算辐射转移和谱线形成，考虑对流运动和米粒组织。
• 对Cu、Zn和Sr的选定光谱线应用非局部热动平衡（NLTE）修正，使用1D NLTE计算以考虑偏离局部热动平衡的情况。
• 基于信噪比、线型质量以及同一元素多条谱线的一致性，执行严格的谱线筛选过程。
• 使用目前可用的最高质量观测数据中的高分辨率太阳光谱，包括国家太阳天文台傅里叶变换光谱仪的太阳光谱图。
• 系统性地评估并应用文献中给出的振子强度、超精细结构常数和同位素位移值，同时关注其不确定性。
• 在所有元素中使用一致的原子数据集，确保最终丰度测定的同质性。

实验结果

研究问题

• RQ1 从Cu（Z=29）到Th（Z=90）的太阳丰度与最原始陨石中的丰度相比如何？差异暗示了哪些关于核合成过程的信息？
• RQ2 非局部热动平衡（NLTE）效应在太阳光球层中对Cu、Zn和Sr等重元素的丰度测定中有多大影响？
• RQ3 与传统的1D模型相比，3D大气模型在多大程度上提高了太阳丰度测定的准确性？
• RQ4 振子强度、超精细结构和同位素分离的不确定性对最终丰度值有何影响？
• RQ5 哪些元素显示出与陨石丰度的显著偏差？这可能暗示其形成机制或测量挑战的哪些信息？

主要发现

• 从Cu到Th的大多数元素的太阳丰度与最原始陨石中的丰度一致，支持当前太阳成分模型的可靠性。
• 在少数元素（如Zn和Sr）中发现显著差异，其推导出的太阳丰度与陨石值不一致，可能归因于NLTE效应或原子数据的不确定性。
• NLTE修正对Cu、Zn和Sr至关重要，某些情况下修正量可达0.2 dex，表明在高精度丰度工作中不能忽略NLTE效应。
• 使用3D模型相比1D模型导致丰度值出现系统性偏移，尤其在上层光球层形成的谱线中，偏移通常在-0.1至-0.2 dex之间。
• 由于严格的谱线筛选和数据评估，最终丰度值的不确定性得到改善，通常在0.05–0.1 dex范围内。
• 本研究提供了完整的谱线列表及所有输入参数，包括振子强度、超精细常数和同位素位移，支持可重复性与未来基准测试。