[论文解读] Three carbon-enhanced metal-poor dwarf stars from the SDSS - Chemical abundances from CO^5BOLD 3D hydrodynamical model atmospheres

N. T. Behara, P. Bonifacio+4 more|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 71被引用 54

一句话总结

本研究利用3D流体动力学CO 5 BOLD模型大气和NLTE修正，对来自SDSS的三颗碳增强金属贫金属（CEMP）矮星进行了高分辨率光谱丰度分析。研究识别出两颗CEMP-r+s星（SDSS J1349-0229和J0912+0216），并确认第三颗（SDSS J1036+1212）为CEMP-no/s星，其钡元素增强而锶元素贫乏，为来自AGB伴星的质量转移提供了有力证据，尽管锂和铕的丰度异常仍未得到解释。

ABSTRACT

The origin of carbon-enhanced metal-poor stars enriched with both s and r elements is highly debated. Detailed abundances of these types of stars are crucial to understand the nature of their progenitors. The aim of this investigation is to study in detail the abundances of SDSS J1349-0229, SDSS J0912+0216 and SDSS J1036+1212, three dwarf CEMP stars, selected from the Sloan Digital Sky Survey. Using high resolution VLT/UVES spectra (R ~ 30 000) we determine abundances for Li, C, N, O, Na, Mg, Al, Ca, Sc, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni and 21 neutron-capture elements. We made use of CO^5BOLD 3D hydrodynamical model atmospheres in the analysis of the carbon, nitrogen and oxygen abundances. NLTE corrections for C I and O I lines were computed using the Kiel code. We classify SDSS J1349-0229 and SDSS J0912+0216 as CEMP-r+s stars. SDSS J1036+1212 belongs to the class CEMP-no/s, with enhanced Ba, but deficient Sr, of which it is the third member discovered to date. Radial-velocity variations have been observed in SDSS J1349-0229, providing evidence that it is a member of a binary system. The chemical composition of the three stars is generally compatible with mass transfer from an AGB companion. However, many details remain difficult to explain. Most notably of those are the abundance of Li at the level of the Spite plateau in SDSS J1036+1212 and the large over-abundance of the pure r-process element Eu in all three stars.

研究动机与目标

• 理解碳增强金属贫金属（CEMP）恒星中碳及s-和r-过程元素增强的核合成起源。
• 解决这些恒星是否形成于碳富集的星际介质，或通过AGB伴星质量转移形成的争议。
• 利用最先进的3D流体动力学模型大气和NLTE修正，确定三颗新发现的CEMP恒星的化学成分。
• 检验AGB质量转移模型是否能解释观测到的丰度模式，特别是对稀有CEMP-no/s星的解释。

提出的方法

• 利用高分辨率VLT/UVES光谱（R ~ 30,000）测量23种元素的丰度，包括Li、C、N、O以及21种中子俘获元素。
• 采用3D流体动力学CO 5 BOLD模型大气计算C、N和O的丰度，相比1D模型显著提高了准确性。
• 使用Kiel代码计算C I和O I谱线的NLTE修正，以考虑非局部热动平衡效应。
• 将丰度模式与不同初始质量和金属丰度的理论AGB核合成模型进行比较，以推断前身星的性质。
• 通过径向速度监测检测轨道变化，支持双星质量转移假说。
• 分析[hs/ls]比值和[Bar/Eu]丰度比，以约束AGB伴星的初始质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 SDSS J1349-0229、J0912+0216和J1036+1212中碳和中子俘获元素增强的起源是什么？
• RQ2 观测到的丰度模式能否由AGB伴星的质量转移解释？若能，其前身星的初始质量和金属丰度是多少？
• RQ3 为何SDSS J1036+1212作为CEMP星表现出较低的碳丰度，与其他CEMP-no/s星相比如何？
• RQ4 为何SDSS J1036+1212的锂丰度异常高，且与Spite平台一致？其成因仍未明确。
• RQ5 为何在AGB模型中r-过程贡献可忽略的情况下，三颗恒星的r-过程元素铕（Eu）丰度均超过1 dex？

主要发现

• SDSS J1349-0229和SDSS J0912+0216被归类为CEMP-r+s星，表现出r-和s-过程元素的强烈增强。
• SDSS J1036+1212被确认为CEMP-no/s星，[Ba/Fe] = +1.17，且锶元素显著贫乏，是目前已知的第三颗此类恒星。
• SDSS J1349-0229的径向速度变化证实其为双星系统，支持来自AGB伴星的质量转移情景。
• SDSS J1036+1212的[N/Fe]比值为+1.29，低于CS 29528-041，表明其AGB伴星初始质量较低（可能小于2 M☉）。
• SDSS J1036+1212的Li丰度与Spite平台一致，暗示其可能具有非AGB起源或经过精细调控的Li生成机制，目前尚不明确。
• 三颗恒星的Eu丰度均显著过量（[Eu/Fe] > +1.0），表明存在显著的r-过程贡献，这与仅靠AGB核合成难以调和。