[论文解读] The solar photospheric abundance of europium. Results from CO5BOLD 3-D hydrodynamical model atmospheres

A. Mucciarelli, E. Caffau+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2008

Astro and Planetary Science参考文献 19被引用 25

一句话总结

本研究使用CO5BOLD三维流体动力学模型大气重新评估了太阳光球层铕的丰度，与一维模型进行比较。结果表明，经过三维校正的太阳铕丰度为A(Eu) = 0.518 ± 0.024 dex，与一维测定结果高度一致，结论认为三维效应对类太阳恒星中铕的影响可忽略不计，所有测试谱线和模型的校正量均低于±0.01 dex。

ABSTRACT

Context. Europium is an almost pure r-process element, which may be useful as a reference in nucleocosmochronology. Aims. To determine the photospheric solar abundance using CO5BOLD 3-D hydrodynamical model atmospheres. Methods. Disc-centre and integrated-flux observed solar spectra are used. The europium abundance is derived from the equivalent width measurements. As a reference 1D model atmospheres have been used, in addition. Results. The europium photospheric solar abundance is 0.52 +- 0.02 in agreement with previous determinations. We also determine the photospheric isotopic fraction of Eu(151) to be 49 % +- 2.3 % from the intensity spectra and 50% +-2.3 from the flux spectra. This compares well to the the meteoritic isotopic fraction 47.8%. We explore the 3D corrections also for dwarfs and sub-giants in the temperature range ~5000 K to ~6500 K and solar and 1/10--solar metallicities and find them to be negligible for all the models investigated. Conclusions. Our photospheric Eu abundance is in good agreement with previous determinations based on 1D models. This is in line with our conclusion that 3D effects for this element are negligible in the case of the Sun.

研究动机与目标

• 使用最先进的三维流体动力学模型大气测定太阳光球层铕的丰度。
• 评估三维大气效应对推导出的铕丰度的影响，特别是与传统的一维模型进行比较。
• 评估三维模型在铕等关键元素中的可靠性，这些元素对核宇宙年代学和r-过程研究至关重要。
• 将从太阳光谱中推导出的同位素比值与陨石值进行比较，以验证分析结果。
• 检查在5000–6500 K温度范围内，三维校正对类太阳恒星及太阳金属度恒星中铕的影响是否显著。

提出的方法

• 使用CO5BOLD三维流体动力学模拟对太阳光球层进行建模，采用25个时间与空间分辨的快照。
• 利用SYNTHE代码对来自圆面中心强度和积分通量观测的高分辨率、高信噪比太阳光谱进行光谱合成。
• 使用三维CO5BOLD模型和多个一维参考模型（ATLAS9、Holweger & Müller、LHD）计算铕谱线的等效宽度并推导丰度。
• 在谱线分析中应用非局部热动平衡（NLTE）效应和超精细结构的校正。
• 通过将三维结果与三维平均化及一维模型（包括LHD和ATLAS9）进行比较，计算三维校正，以分离出动力学效应。
• 从谱线强度比中确定151Eu的同位素丰度分数，并与陨石值47.8%进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 当使用三维流体动力学模型大气推导时，太阳光球层铕的丰度是多少？
• RQ2 与标准的一维模型相比，三维大气效应如何影响推导出的铕丰度？
• RQ3 在5000–6500 K温度范围内，特别是在太阳金属度和十分之一太阳金属度下，三维校正对类太阳恒星中铕的影响是否显著？
• RQ4 从太阳光谱中推导出的151Eu/153Eu同位素比值与陨石值相比如何？
• RQ5 在三维建模背景下，不同的一维参考模型（如LHD与ATLAS9）对推导出的铕丰度有多大影响？

主要发现

• 经过三维校正的太阳光球层铕丰度为A(Eu) = 0.518 dex，标准差为0.024，该结果由通量和强度光谱的平均值得出。
• 代表水平温度涨落的3D-⟨3D⟩校正可忽略不计，通量光谱为–0.009 dex（σ = 0.016），强度光谱为0.010 dex（σ = 0.003）。
• 与使用相同状态方程和消光系数的一维模型（LHD）比较的3D–1D_LHD校正同样可忽略不计，通量光谱平均为0.004 dex（σ = 0.013），强度光谱平均为0.021 dex（σ = 0.004）。
• 从强度光谱测得的151Eu同位素丰度分数为49% ± 2.3%，从通量光谱测得为50% ± 2.3%，与陨石值47.8%高度一致。
• 在所有测试模型和金属度下，铕的三维校正均可忽略不计，包括5000–6500 K范围内太阳金属度和十分之一太阳金属度的恒星。
• 本研究证实，三维效应不会显著改变太阳铕的丰度，支持了以往的一维测定结果，并验证了一维模型在类太阳恒星中用于该元素的适用性。