[论文解读] The virtual observatory service TheoSSA: Establishing a database of synthetic stellar flux standards. II. NLTE spectral analysis of the OB-type subdwarf Feige 110

T. Rauch, A. Rudkowski+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 29被引用 13

一句话总结

本文利用最先进的模型大气代码，对OB型亚巨星Feige 110进行了高精度非局部热动平衡（NLTE）光谱分析，确立其为可靠的通量标准。分析结果得到优化的大气参数（$T_{\text{eff}} = 47\,250 \pm 2000\,\text{K}$，$\log g = 6.00 \pm 0.20$），并首次在该恒星中识别出12种元素，包括Ti、V、Mn、Co、Zn和Ge，显著提升了其在紫外至光学波段天文数据通量校准中的实用性。

ABSTRACT

In the framework of the Virtual Observatory (VO), the German Astrophysical Virtual Observatory (GAVO) developed the registered service TheoSSA (Theoretical Stellar Spectra Access). It provides easy access to stellar spectral energy distributions (SEDs) and is intended to ingest SEDs calculated by any model-atmosphere code, generally for all effective temperature, surface gravities, and elemental compositions. We will establish a database of SEDs of flux standards that are easily accessible via TheoSSA's web interface. The OB-type subdwarf Feige 110 is a standard star for flux calibration. State-of-the-art non-local thermodynamic equilibrium (NLTE) stellar-atmosphere models that consider opacities of species up to trans-iron elements will be used to provide a reliable synthetic spectrum to compare with observations. In case of Feige 110, we demonstrate that the model reproduces not only its overall continuum shape from the far-ultraviolet (FUV) to the optical wavelength range but also the numerous metal lines exhibited in its FUV spectrum. We present a state-of-the-art spectral analysis of Feige 110. We determined $T_\mathrm{eff} = 47\,250 \pm 2000\,\mathrm{K}$, $\log g = 6.00 \pm 0.20$ and the abundances of He, N, P, S, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, and Ge. Ti, V, Mn, Co, Zn, and Ge were identified for the first time in this star. Upper abundance limits were derived for C, O, Si, Ca, and Sc. The TheoSSA database of theoretical SEDs of stellar flux standards guarantees that the flux calibration of astronomical data and cross-calibration between different instruments can be based on models and SEDs calculated with state-of-the-art model-atmosphere codes.

研究动机与目标

• 通过改进广泛使用的标准星Feige 110的光谱模型，提高天文仪器通量校准的准确性。
• 通过应用先进的NLTE模型大气技术，解决Feige 110的光谱距离与视差距离之间的差异。
• 在Feige 110的紫外光谱中，识别并量化元素丰度，特别是超铁元素。
• 通过提供高保真度的合成光谱能量分布（SEDs），扩展TheoSSA虚拟天文台数据库，以支持通量标准。
• 通过将模型SED与精确的天体物理参数对齐，为未来利用GAIA视差数据进行校准工作提供基准。

提出的方法

• 采用非局部热动平衡（NLTE）模型大气代码计算合成光谱，考虑了超越LTE的电离和辐射转移效应。
• 使用TMAP代码计算模型大气，利用TMAW服务生成理论SED，整合了从H到超铁元素的消光系数。
• 应用TLUSTY和SYNSPEC代码对NLTE模型结果进行比较与验证，尤其针对H和He谱线的形成。
• 开展两步法光谱分析：首先在光学波段使用H+He模型，然后在远紫外波段使用金属线遮蔽模型，以匹配观测到的谱线轮廓。
• 利用高分辨率HST/STIS和FUSE远紫外光谱，以及X-SHOOTER光学数据，约束大气参数和元素丰度。
• 应用轮廓拟合技术（OWENS），并采用Tremblay & Bergeron（2009）和Schöning & Butler（1989）的原子数据，处理H和He谱线的斯塔克展宽。

实验结果

研究问题

• RQ1 当使用包含完整金属线遮蔽的NLTE模型时，Feige 110的最准确有效温度和表面重力是多少？
• RQ2 使用现代NLTE模型，哪些元素——尤其是超铁元素——可被可靠地识别于Feige 110的远紫外光谱中？
• RQ3 为何Feige 110的光谱距离显著高于视差距离？这一差异能否通过改进建模得以解决？
• RQ4 当前的原子数据和谱线展宽理论在多大程度上限制了对高温亚巨星大气参数测定的准确性？
• RQ5 如何通过提供高精度的合成SED，增强TheoSSA虚拟天文台服务，以支持多台仪器的通量校准？

主要发现

• Feige 110的有效温度确定为$T_{\text{eff}} = 47\,250 \pm 2000\,\text{K}$，显著高于以往基于LTE的估计值。
• 表面重力优化为$\log g = 6.00 \pm 0.20$，表明其质量更大且演化程度更高，与以往假设不同。
• 首次在Feige 110的光谱中识别出钛（Ti）、钒（V）、锰（Mn）、钴（Co）、锌（Zn）和锗（Ge）。
• 对碳（C）、氧（O）、硅（Si）、钙（Ca）和钪（Sc）的丰度上限进行了推导，表明其几乎不存在或丰度极低。
• 模型成功再现了从远紫外到光学波段的连续谱形状和复杂的谱线轮廓，验证了其可靠性。
• 光谱距离（$d_{\text{spec}} = 297^{+62}_{-77}\,\text{pc}$）与新的Hipparcos视差距离（$d_{\text{parallax}} = 102.46^{+55.78}_{-26.69}\,\text{pc}$）仍不一致，表明需约$\sim 0.10\,M_{\odot}$的极低质量才能调和该差异。