[论文解读] The Hamburg/ESO R-process Enhanced Star survey (HERES)VII. Thorium abundances in metal-poor stars

Juanjuan Ren, N. Christlieb+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 42被引用 10

一句话总结

本研究基于VLT/UVES获取的HERES巡天77颗金属贫金属星的光谱，测量了钍的丰度，发现log(Th/Eu)比值的范围达4.0 dex，且推导出的年龄存在显著离散性。结果挑战了log(Th/Eu)作为宇宙时钟的可靠性，因为有两颗恒星显示出强烈的actinide增强，表明此类增强可能较为普遍而非罕见，从而使得基于该比值的年龄估计更加复杂。

ABSTRACT

We report thorium abundances for 77 metal-poor stars in the metallicity range of -3.5

研究动机与目标

• 测量大样本金属贫金属星中的钍丰度，以评估r-过程核合成的普适性。
• 评估log(Th/Eu)作为估算恒星年龄的宇宙时钟的可靠性。
• 调查actinide增强（即钍相对于稳定r-过程元素的增强）在金属贫金属星中的普遍性。
• 识别钍丰度异常的恒星，这些恒星可能需要采用其他年龄测定方法，如log(Th/U)。
• 提供高精度的钍数据，以改进对早期银河系化学演化及r-过程产额的约束。

提出的方法

• 利用VLT-UT2/UVES进行高分辨率光谱观测，获取77颗金属贫金属星（[Fe/H]在-3.5至-1.0之间）的“快照”光谱。
• 通过光谱合成与谱线轮廓拟合，从Th II 4019.12 Å谱线确定钍丰度，仔细处理谱线重叠与连续谱定位问题。
• 将观测到的log(Th/Eu)比值与理论初始r-过程模式进行比较，通过宇宙时钟法推导恒星年龄。
• 采用1σ置信区间进行丰度测定，承认由于钍谱线较弱及数据质量限制带来的局限性。
• 根据丰度模式和金属量，将恒星分类为r-I、r-II、r-正常及未分类四类。
• 识别出可能具有actinide增强的候选恒星，建议通过更高信噪比数据进行后续观测，包括提出额外的VLT/UVES观测申请。

实验结果

研究问题

• RQ1 r-过程核合成模式在金属贫金属星中是否具有普适性，如log(Th/Eu)比值所示？
• RQ2 log(Th/Eu)作为估算金属贫金属星年龄的时钟，其可靠性如何？
• RQ3 在r-过程增强的恒星中，有多少比例表现出actinide增强（即钍相对于铕的增强）？
• RQ4 与钡和锶等其他r-过程元素相比，钍丰度是否存在系统性偏差？
• RQ5 能否有信心地使用log(Th/Eu)推导年龄，还是actinide增强会引入显著不确定性？

主要发现

• 17颗恒星的钍丰度测定具有优于1σ的置信度，其余60颗恒星获得其丰度上限。
• log(Th/Eu)比值的范围约为4.0 dex，表明在低金属度下r-过程模式存在显著离散性。
• 两颗恒星——HE 1332−0309和HE 2219−0713——显示出强烈的actinide增强证据，其log(Th/Eu)比值显著高于预期。
• 基于log(Th/Eu)推导的恒星年龄存在极大离散性，部分估算值甚至不切实际地偏老（如−38 Gyr），表明该方法存在系统性不确定性。
• 多个恒星中actinide增强的存在表明该现象可能并不罕见，从而削弱了Th/Eu作为普遍年龄指标的假设。
• 本研究强调了需要更高信噪比数据及铀丰度测量，以确认actinide增强，并通过log(Th/U)改进年龄估算。