恒星Ba元素及其同位素豐度的NLTE分析.pdf

1、恒星元素豐度代表恒星大氣的化學(xué)組成，直接反映了恒星形成時(shí)所處的星系環(huán)境，是我們從觀測(cè)上追蹤恒星形成和星系化學(xué)演化的有效探針。由于不同元素的核合成過(guò)程和產(chǎn)生場(chǎng)所的演化時(shí)標(biāo)不同，恒星中不同元素的豐度比在一定程度上反映了恒星形成和元素核合成的歷史，可作為星系形成和演化的宇宙時(shí)鐘。特別是由于Ba元素的奇同位素(135Ba和137Ba)主要是r-過(guò)程核合成的產(chǎn)物，而偶同位素（134Ba、136Ba和138Ba）主要是s-過(guò)程核合成的產(chǎn)物，因此其奇

2、、偶同位素的豐度之比反映了r-過(guò)程和s-過(guò)程核合成對(duì)Ba豐度的相對(duì)貢獻(xiàn)，由此可以更好地追蹤r-過(guò)程和s-過(guò)程的核合成歷史，研究其可能的產(chǎn)生場(chǎng)所，為星系化學(xué)演化模型和元素核合成理論提供可靠的觀測(cè)約束。
　　 我們分別用局部熱動(dòng)平衡(LTE)和非局部熱動(dòng)平衡(NLTE)模型分析了28顆恒星的Ba元素豐度，金屬豐度范圍為-2.41＜[Fe/H]＜+0.07，包括16顆薄盤(pán)星、3顆厚盤(pán)星、7顆暈星，以及2顆運(yùn)動(dòng)學(xué)特征介于厚盤(pán)和薄盤(pán)之間的

3、過(guò)渡恒星。并利用BaⅡ共振線λ455.4nm的超精細(xì)結(jié)構(gòu)和同位素結(jié)構(gòu)分裂，確定了不同奇、偶同位素比例的Ba元素豐度，以此來(lái)研究不同星族恒星中r-過(guò)程和s-過(guò)程核合成對(duì)Ba元素豐度的相對(duì)貢獻(xiàn)。
　　 論文內(nèi)容包括6部分:(1)引言部分簡(jiǎn)單介紹了元素核合成理論和元素豐度概念，綜述了對(duì)恒星Ba元素豐度的觀測(cè)研究;(2)觀測(cè)樣本和數(shù)據(jù)處理，樣本星的光譜數(shù)據(jù)取自歐洲南方天文臺(tái)(ESO)甚大望遠(yuǎn)鏡(VLT)及其階梯光柵攝譜儀UVES公開(kāi)釋放

4、的一維譜，光譜分辨率R＞40000，光譜信噪比S/N＞200。一維譜的視向速度修正和歸一化是利用在IDL語(yǔ)言環(huán)境下開(kāi)發(fā)的SIU程序包進(jìn)行的;(3)確定恒星大氣參數(shù)，包括有效溫度Teff、表面重力加速度logg、金屬豐度[Fe/H]和微觀湍流速度(ξ)，并建立恒星大氣模型，包括局部熱動(dòng)平衡(LTE)和NLTE模型;(4)建立Ba原子模型，模型中考慮了Ba原子譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)和同位素結(jié)構(gòu)分裂，包括BaⅡ的35個(gè)束縛能級(jí)和BaⅢ基態(tài)能級(jí);(5

5、)Ba元素豐度分析和結(jié)果討論:利用光譜綜合方法，通過(guò)擬合觀測(cè)到的BaⅡ原子的3條譜線λ455.4nm、λ585.3nm和λ649.6nm的譜線輪廓，確定了樣本星在LTE和NLTE模型下的Ba元素豐度，并且利用共振線λ455.4nm分析了幾種不同奇、偶同位素比例（偶∶奇=82∶18，70∶30，65∶35，54∶46）的Ba同位素豐度;根據(jù)豐度分析結(jié)果，討論了不同星族包括暈星、厚盤(pán)恒星和薄盤(pán)恒星的[Ba/Fe]～[Fe/H]關(guān)系，以及不同

6、星族恒星中r-過(guò)程和s-過(guò)程核合成對(duì)Ba元素豐度的相對(duì)貢獻(xiàn)，分析了Ba豐度NLTE效應(yīng);(6)最后部分是論文的結(jié)論。
　　 通過(guò)對(duì)28顆恒星的Ba元素豐度的分析和討論，我們得到以下重要結(jié)論:
　　 1、不同譜線的NLTE效應(yīng)不同:次級(jí)譜線的NLTE豐度修正△[Ba/Fe]NLTE-LTE都是負(fù)的且與恒星金屬豐度無(wú)關(guān)，其中λ585.3nm的NLTE效應(yīng)較弱，其豐度修正△[Ba/Fe]NLTE-LTE平均為-0.03dex;

7、λ649.6nm的NLTE效應(yīng)較強(qiáng)，其豐度修正△[Ba/Fe]NLTE-LTE平均為-0.1dex，最大為-0.18dex。共振線BaⅡλ455.4nm的NLTE效應(yīng)也比較明顯，但其對(duì)豐度的修正依賴(lài)于恒星的金屬豐度，當(dāng)[Fe/H]＞-1.8時(shí)，△[Ba/Fe]NLTE-LTE也是負(fù)的，平均為-0.1dex;而當(dāng)[Fe/H]＜-1.8時(shí)，△[Ba/Fe]NLTE-LTE轉(zhuǎn)變?yōu)檎模骄?.1dex。
　　 2、BaⅡ譜線的NLT

8、E效應(yīng)依賴(lài)于恒星的有效溫度，無(wú)論是共振線還是次級(jí)譜線，其豐度修正△[Ba/Fe]NLTE-LTE都有隨有效溫度的升高而變大的趨勢(shì)。尤其是次級(jí)譜線λ649.6nm的NLTE修正與有效溫度的相關(guān)性較強(qiáng)，當(dāng)恒星的Teff從5600K升高到6600K時(shí)，其△[Ba/Fe]NLTE-LTE從-0.04dex增加到-0.15dex。
　　 3、在樣本的整個(gè)金屬豐度范圍(-2.41＜[Fe/H]＜+0.07)內(nèi)恒星的[Ba/Fe]豐度并不依賴(lài)

9、于恒星的金屬豐度且在平均值[Ba/Fe]=0附近變化，但卻與恒星的星族成分有密切的關(guān)系。薄盤(pán)恒星的[Ba/Fe]與太陽(yáng)豐度一致，平均為0.0±0.02dex，而厚盤(pán)恒星的[Ba/Fe]明顯低于薄盤(pán)，平均為-0.1±0.02dex;運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)處于厚盤(pán)和薄盤(pán)之間的過(guò)渡恒星，其[Ba/Fe]的豐度與厚盤(pán)一致;暈星恒星的[Ba/Fe]彌散較大，隨金屬豐度的變化比較復(fù)雜，[Fe/H]＞-1.0時(shí)暈星的[Ba/Fe]豐度值在0附近，而當(dāng)[Fe/H]

10、＜-1.0時(shí)[Ba/Fe]隨[Fe/H]的變低而由超豐變?yōu)榍坟S，當(dāng)[Fe/H]＜-2.0時(shí)[Ba/Fe]有快速下降趨勢(shì)。
　　 4、Ba的同位素豐度隨金屬豐度的變化與元素豐度[Ba/Fe]一致，而且也表現(xiàn)較強(qiáng)出的星族效應(yīng)，即不同星族恒星中偶-奇同位素對(duì)Ba元素豐度的貢獻(xiàn)比例不同。薄盤(pán)星中Ba元素偶-奇同位素的比并不是單一值，而是在82∶18、70∶30和65∶35之間變化，表明薄盤(pán)恒星的Ba元素核合成過(guò)程比較復(fù)雜，多數(shù)薄盤(pán)恒星與

11、太陽(yáng)的Ba豐度一致且其奇偶核素比例也與太陽(yáng)系混合比例相同，即s-過(guò)程的貢獻(xiàn)為主，但有些薄盤(pán)恒星的Ba豐度主要是r-過(guò)程的貢獻(xiàn);對(duì)于厚盤(pán)星，Ba元素偶-奇同位素的比也不是單一的確定值，而是在65∶35和54∶46之間，這表明厚盤(pán)恒星的Ba元素核合成過(guò)程為r-過(guò)程占主要，低金屬豐度的厚盤(pán)恒星的Ba幾乎是純r(jià)-過(guò)程的產(chǎn)物，但s-過(guò)程的貢獻(xiàn)不能忽略;對(duì)于暈星，Ba元素偶-奇同位素之比為太陽(yáng)系純r(jià)-過(guò)程54∶46，表明暈星的Ba元素來(lái)自于純r(jià)-過(guò)