太阳附近恒星Si元素丰度的非局部热动平衡分析

摘要

银河系的形成和演化是非常重要的天体物理问题之一,不同年龄的恒星,其化学元素丰度能够提供银河系不同演化阶段的化学组成。恒星元素丰度是追踪银河系化学演化很好的探针,因此元素丰度的观测分析一直是天体物理研究的一个重要课题。本文主要研究太阳附近恒星中的Si元素丰度,选择Si元素进行研究的原因有两个:一是因为Si元素作为典型的α元素一般认为产生于星系形成早期的SNⅡ超新星爆发过程,因此可以作为示踪元素来研究星系早期的化学演化;二是由于Si元素属于恒星中丰度较高的元素,是晚型恒星中重要的电子来源。高分辨率、高信噪比的恒星光谱是在2001至2003年间的利用CalarAlto天文台的DSAZ2.2米望远镜及其附属的FOCES光纤折轴光谱仪观测得到的。
　　目前关于Si元素的丰度分析一般都是在局部热动平衡(LTE)效应的假定下进行的,但对于那些恒星大气明显偏离LTE状态的恒星来说,丰度分析需要考虑非局部热动平衡(NLTE)效应的影响。我们的工作主要是通过观测得到太阳附近的166颗矮星的光谱,建立恒星大气模型,采用光谱综合方法,分别在局部热动平衡及非局部热动平衡两个假定下分析得到样本恒星的Si元素丰度,目的是研究NLTE效应对Si元素丰度确定的影响。我们分别采用运动学和丰度判据([Mg/Fe])来划分样本星的星族成分,研究了薄盘、厚盘及晕星等不同星族成分中[Si/Fe]的演化趋势。
　　论文的第一部分是引言,主要介绍了恒星中Si元素丰度的观测研究现状;第二部分给出了观测样本和数据处理过程;第三部分是大气模型和恒星参数的确定;第四部分是Si的原子模型和非局部热动平衡的影响;第五部分给出了Si丰度的结果及对结果的分析;第六部分是结果讨论;最后第七部分是结论。
　　通过分析,我们得到了以下几个重要结论:
　　(1)NLTE对Si丰度的影响是与恒星有效温度相关的,热星的NLTE的修正较大。
　　(2)NLTE效应对不同电离态的Si元素的丰度影响是不同的,其对中性原子SiⅠ谱线的修正很小几乎可以忽略,但对一次电离的SiⅡ谱线的丰度修正平均达到-0.06dex。这使得考虑NLTE效应后由SiⅠ线和SiⅡ线得到的丰度差由原来LTE下的0.07dex减小为0.02dex,表明考虑NLTE修正是十分必要的。
　　(3)贫金属星中Si元素丰度随着[Fe/H]的增加呈减小趋势,但富金属星的[Si/Fe]随[Fe/H]的增加反而有轻微的上升趋势。
　　(4)厚盘星的[Si/Fe]明显高于薄盘星,但并没有严格的区分薄盘和厚盘的明确界限,既存在一些运动学性质属于薄盘而元素丰度属于厚盘的恒星,也存在一些运动学性质属于厚盘而元素丰度属于薄盘的恒星。
　　(5)尽管Si和Mg都是典型的α元素,在星系演化早期都是大质量SneⅡ超新星爆发的产物,但在星系演化晚期,Si和Mg可能有不同的核合成机制,Si丰度可能部分来自于SneIa和AGB星的贡献。