[论文解读] The photospheric abundances of active binaries III. Abundance peculiarities at high activity level

T. Morel, G. Micela+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 15

一句话总结

本研究分析了8个单线活动双星中13种化学元素（包括锂）的高分辨率光谱，并结合先前数据，调查与高恒星活动相关的丰度异常现象。研究发现，活动恒星表现出异常的丰度比——特别是$\rm \beta$-催化元素的过量以及基于颜色的温度不一致——这可能是由于较冷黑子覆盖或非局部热动平衡（non-LTE）效应所致，挑战了对K型活动恒星的标准丰度分析方法。

ABSTRACT

We report the determination from high-resolution spectra of the atmospheric parameters and abundances of 13 chemical species (among which lithium) in 8 single-lined active binaries. These data are combined with our previous results for 6 other RS CVn systems to examine a possible relationship between the photospheric abundance patterns and the stellar activity level. The stars analyzed are generally found to exhibit peculiar abundance ratios compared to inactive, galactic disk stars of similar metallicities. We argue that this behaviour is unlikely an artefact of errors in the determination of the atmospheric parameters or non-standard mixing processes along the red giant branch, but diagnoses instead the combined action of various physical processes related to activity. The most promising candidates are cool spot groups covering a very substantial fraction of the stellar photosphere or NLTE effects arising from nonthermal excitation. However, we cannot exclude the possibility that more general shortcomings in our understanding of K-type stars (e.g. inadequacies in the atmospheric models) also play a significant role. Lastly, we call attention to the unreliability of the (V-R) and (V-I) colour indices as temperature indicators in chromospherically active stars.

研究动机与目标

• 利用高分辨率光谱学测定8个单线活动双星中13种元素（包括锂）的光球层丰度。
• 评估活动双星中丰度异常是否由大气参数测定中的系统误差或非标准混合过程引起。
• 评估(V-R)和(V-I)颜色指数在色球层活动恒星中作为温度指示器的可靠性。
• 研究光球层丰度模式与恒星活动水平之间的关联，特别是在红巨星分支演化背景下的表现。
• 确定非局部热动平衡效应或大气建模局限性是否导致K型活动恒星中观测到的丰度异常。

提出的方法

• 使用位于智利拉西拉的ESO 2.2米望远镜上的FEROS仪器获取高分辨率光谱，波段覆盖3600–9200 Å，分辨率R ≈ 48,000。
• 通过Fe I和Fe II谱线的电离平衡与激发态平衡，确定大气参数（Teff, log g, [Fe/H], 微湍流）。
• 利用积分曲线法计算中性与离子物种的丰度比，并在适用时对非局部热动平衡效应进行修正。
• 通过$R'_{\rm HK}$、$R_{\rm X}$以及测光波幅($\Delta V_{\rm wave}$)量化活动水平，以与丰度异常相关联。
• 通过将颜色指数(V-R)和(V-I)与光谱测定的Teff进行比较，检验其作为温度指示器的可靠性。
• 通过统计比较活动双星与一组光谱型相似的非活动对照星样本，以隔离活动驱动的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 活动双星的光球层丰度模式是否系统性偏离与之金属度相近的非活动场盘星？
• RQ2 活动双星中观测到的丰度异常是否由大气参数测定误差或非标准混合过程引起？
• RQ3 较冷黑子群或非局部热动平衡效应在多大程度上可解释高度活动恒星中观测到的丰度异常？
• RQ4 (V-R)和(V-I)颜色指数在色球层活动恒星中作为温度指示器的可靠性如何？
• RQ5 大气建模局限性或非局部热动平衡线形成过程在K型活动恒星中导致的丰度模式推导中起何种作用？

主要发现

• 与铁相比，活动双星中大多数元素表现出显著的过量，$\alpha$-元素的[X/Fe]值范围为+0.06至+0.11，钡的[X/Fe]值最高达+0.03。
• 丰度模式显示出与活动水平的系统性趋势，尤其与$R'_{\rm HK}$和$R_{\rm X}$高度相关，表明色球层活动与光球层成分之间存在关联。
• 较冷黑子覆盖是解释观测到的丰度异常的合理机制，因为它会导致元素与铁比值的系统性高估，与数据一致。
• (V-R)和(V-I)颜色指数在活动恒星中作为温度测定工具极不可靠，常导致所得温度显著低于光谱测定值。
• 非局部热动平衡效应（特别是非热激发）是解释钠和铝等元素丰度异常的有力候选机制，尽管其物理机制尚未明确。
• 本研究确认活动双星主要位于红巨星分支的底部或刚开始上升，支持深层对流、角动量转移与增强磁 dynamo 活动之间的关联。