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組成，直接反映了恒星形成時所處的星系環(huán)境，是我們從觀測上追蹤恒星形成和星系化學演化的有效探針。由于不同元素的核合成過程和產(chǎn)生場所的演化時標不同，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鐘。特別是由于Ba元素的奇同位素(135Ba和137Ba)主要是r-過程核合成的產(chǎn)物，而偶同位素（134Ba、136Ba和138Ba）主要是s-過程核合成的產(chǎn)物，因此其奇

2、、偶同位素的豐度之比反映了r-過程和s-過程核合成對Ba豐度的相對貢獻，由此可以更好地追蹤r-過程和s-過程的核合成歷史，研究其可能的產(chǎn)生場所，為星系化學演化模型和元素核合成理論提供可靠的觀測約束。
　　 我們分別用局部熱動平衡(LTE)和非局部熱動平衡(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顆薄盤星、3顆厚盤星、7顆暈星，以及2顆運動學特征介于厚盤和薄盤之間的

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

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語言環(huán)境下開發(fā)的SIU程序包進行的;(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原子譜線的超精細結構和同位素結構分裂，包括BaⅡ的35個束縛能級和BaⅢ基態(tài)能級;(5

5、)Ba元素豐度分析和結果討論:利用光譜綜合方法，通過擬合觀測到的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)豐度分析結果，討論了不同星族包括暈星、厚盤恒星和薄盤恒星的[Ba/Fe]～[Fe/H]關系，以及不同

6、星族恒星中r-過程和s-過程核合成對Ba元素豐度的相對貢獻，分析了Ba豐度NLTE效應;(6)最后部分是論文的結論。
　　 通過對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論:
　　 1、不同譜線的NLTE效應不同:次級譜線的NLTE豐度修正△[Ba/Fe]NLTE-LTE都是負的且與恒星金屬豐度無關，其中λ585.3nm的NLTE效應較弱，其豐度修正△[Ba/Fe]NLTE-LTE平均為-0.03dex;

7、λ649.6nm的NLTE效應較強，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效應也比較明顯，但其對豐度的修正依賴于恒星的金屬豐度，當[Fe/H]＞-1.8時，△[Ba/Fe]NLTE-LTE也是負的，平均為-0.1dex;而當[Fe/H]＜-1.8時，△[Ba/Fe]NLTE-LTE轉變?yōu)檎?，平均?.1dex。
　　 2、BaⅡ譜線的NLT

8、E效應依賴于恒星的有效溫度，無論是共振線還是次級譜線，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。尤其是次級譜線λ649.6nm的NLTE修正與有效溫度的相關性較強，當恒星的Teff從5600K升高到6600K時，其△[Ba/Fe]NLTE-LTE從-0.04dex增加到-0.15dex。
　　 3、在樣本的整個金屬豐度范圍(-2.41＜[Fe/H]＜+0.07)內(nèi)恒星的[Ba/Fe]豐度并不依賴

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系。薄盤恒星的[Ba/Fe]與太陽豐度一致，平均為0.0±0.02dex，而厚盤恒星的[Ba/Fe]明顯低于薄盤，平均為-0.1±0.02dex;運動學性質處于厚盤和薄盤之間的過渡恒星，其[Ba/Fe]的豐度與厚盤一致;暈星恒星的[Ba/Fe]彌散較大，隨金屬豐度的變化比較復雜，[Fe/H]＞-1.0時暈星的[Ba/Fe]豐度值在0附近，而當[Fe/H]

10、＜-1.0時[Ba/Fe]隨[Fe/H]的變低而由超豐變?yōu)榍坟S，當[Fe/H]＜-2.0時[Ba/Fe]有快速下降趨勢。
　　 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)較強出的星族效應，即不同星族恒星中偶-奇同位素對Ba元素豐度的貢獻比例不同。薄盤星中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，表明薄盤恒星的Ba元素核合成過程比較復雜，多數(shù)薄盤恒星與

11、太陽的Ba豐度一致且其奇偶核素比例也與太陽系混合比例相同，即s-過程的貢獻為主，但有些薄盤恒星的Ba豐度主要是r-過程的貢獻;對于厚盤星，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，這表明厚盤恒星的Ba元素核合成過程為r-過程占主要，低金屬豐度的厚盤恒星的Ba幾乎是純r-過程的產(chǎn)物，但s-過程的貢獻不能忽略;對于暈星，Ba元素偶-奇同位素之比為太陽系純r-過程54∶46，表明暈星的Ba元素來自于純r-過