[论文解读] The Hamburg/ESO R-process Enhanced Star survey (HERES). I. Project description, and discovery of two stars with strong enhancements of neutron-capture elements

N. Christlieb, Timothy C. Beers+16 more|University of Hertfordshire Research Archive (University of Hertfordshire)|Aug 21, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 43被引用 83

一句话总结

HERES巡天利用VLT/UVES的快照光谱法识别出富含金属且r-过程元素增强的恒星。该巡天发现了两颗新的r-II型恒星，即CS 29497–004和CS 29491–069，其[Eu/Fe]值分别为1.64和1.08。CS 29497–004的元素丰度分布与经过缩放的太阳r-过程模式高度一致，且由于放射性衰变，钍（Th）丰度低0.3 dex。

ABSTRACT

We report on a dedicated effort to identify and study metal-poor stars strongly enhanced in r-process elements ([r/Fe] > 1 dex; hereafter r-II stars), the Hamburg/ESO R-process Enhanced Star survey (HERES). Moderate-resolution (~2A) follow-up spectroscopy has been obtained for metal-poor giant candidates selected from the Hamburg/ESO objective-prism survey (HES) as well as the HK survey to identify sharp-lined stars with [Fe/H] < -2.5dex. For several hundred confirmed metal-poor giants brighter than B~16.5mag (most of them from the HES), ``snapshot'' spectra (R~20,000; S/N~30 per pixel) are being obtained with VLT/UVES, with the main aim of finding the 2-3% r-II stars expected to be among them. These are studied in detail by means of higher resolution and higher S/N spectra. In this paper we describe a pilot study based on a set of 35 stars, including 23 from the HK survey, 8 from the HES, and 4 comparison stars. We discovered two new r-II stars, CS29497-004 ([Eu/Fe] = 1.64 +/- 0.22) and CS29491-069 ([Eu/Fe] = 1.08 +/- 0.23). A first abundance analysis of CS29497-004 yields that its abundances of Ba to Dy are on average enhanced by 1.5dex with respect to iron and the Sun and match a scaled solar r-process pattern well, while Th is underabundant relative to that pattern by 0.3dex, which we attribute to radioactive decay. That is, CS29497-004 seems not to belong to the class of r-process enhanced stars displaying an ``actinide boost'', like CS31082-001 (Hill et al. 2002), or CS30306-132 (Honda et al. 2004b). The abundance pattern agrees well with predictions of the phenomenological model of Qian & Wasserburg.

研究动机与目标

• 识别并研究金属贫乏恒星中r-过程元素显著增强（[r/Fe] > 1 dex）的恒星，特别是r-II型恒星。
• 利用大规模巡天确定[Fe/H] < -2.5 dex金属丰度区间内r-II型恒星的真实频率。
• 通过详细的丰度分析，探究金属贫乏恒星中中子俘获元素的核合成起源。
• 评估钍/铕（Th/Eu）及其他同位素比值作为r-过程增强恒星年龄测定计时器的潜力。
• 探索r-II型恒星最可能存在的金属丰度范围，特别是[Fe/H] ≈ -2.0至-2.5区间。

提出的方法

• 利用VLT/UVES对来自汉堡/ESO和HK巡天的35颗金属贫乏巨星候选体进行中等分辨率（R ~ 20,000）快照光谱观测。
• 基于锐利谱线及[Fe/H] < -2.5 dex的条件，从HES和HK的目视棱镜巡天中筛选恒星。
• 对快照光谱进行初步丰度分析，以识别r-I型和r-II型恒星，重点关注[Eu/Fe]和[La/Eu]比值。
• 将经过缩放的太阳r-过程模式作为参考，用于比较观测到的中子俘获元素丰度。
• 应用误差分析程序以估算关键丰度比值（包括log ε(Th/Eu)）的不确定性。
• 计划通过更高分辨率和更高信噪比的光谱进行后续观测，以实现精确的丰度和年龄测定。

实验结果

研究问题

• RQ1 在[Fe/H] < -2.5 dex的金属贫乏巨星中，r-II型恒星的真实频率是多少？
• RQ2 在无需完整高分辨率后续观测的情况下，快照光谱法是否能有效识别大规模巡天中的r-II型恒星？
• RQ3 新发现的r-II型恒星的丰度分布与理论r-过程模型及太阳系r-过程残余物相比如何？
• RQ4 当不确定性较大时，Th/Eu比值是否仍是r-II型恒星中可靠的计时器？
• RQ5 r-II型恒星最可能存在的金属丰度范围是什么？该范围与以往假设相比有何不同？

主要发现

• 发现了两颗新的r-II型恒星：CS 29497–004的[Eu/Fe] = 1.64 ± 0.22，CS 29491–069的[Eu/Fe] = 1.08 ± 0.23。
• CS 29497–004的元素丰度分布显示，从钡（Ba）到镝（Dy）的平均增强量相对于铁（Fe）和太阳高出1.5 dex，与经过缩放的太阳r-过程模式高度匹配。
• CS 29497–004中的钍（Th）相对于r-过程模式丰度低0.3 dex，与随时间发生的放射性衰变一致。
• CS 29497–004未表现出类似CS 31082–001或CS 30306–132的‘锕系元素增强’现象，表明其未因特定锕系元素生成事件而富集。
• 该恒星CS 29497–004的[Fe/H] = -2.64 ± 0.12，显著比以往已知的r-II型恒星（通常位于[Fe/H] ≈ -3.0）更富金属。
• 由于快照光谱的信噪比较低，导致log ε(Th/Eu)的不确定性达0.24 dex，现阶段无法利用Th/Eu计时器进行有意义的年龄测定。