（天体物理专业论文）太阳近邻矮星的元素丰度分析.pdf

河北师范大学硕士学位论文 摘要 恒星元素丰度是探讨银河系化学演化的重要探针，分析不同星 族成分的元素丰度是研究银河系结构和化学演化的重要课题。 我们的工作主要包括两部分：第一部分是观测样本的元素丰 度分析，观测样本取自太阳附近恒星巡天观测的星表，利用国家天 文台2 1 6 望远镜和折轴系统，观测得到2 6 颗恒星的高信噪比、高 分辨率光谱，利用m i d a s 软件包进行光谱数据处理得到谱线的等 值宽度，利用恒星大气模型和原子谱线参数，得到1 4 种元素( o 、 m g 、s i 、c a 、t i 、a i 、n a 、f e 、s c 、v 、c r 、m n 、n i 、b a ) 的化 学丰度；第二部分是大样本恒星丰度的统计分析，选取了l l 篇文 献，得珂了已知化学丰度的5 4 0 多颗矮星，采用统一运动学划分标 准确定每一颗恒星的星族成分，确定了2 7 0 颗恒星属于薄盘，1 7 0 颗属于厚盘，i o o 颗属于晕，最后分析了2 2 种元素( m g 、s i 、c a 、 t i 、a l 、n a 、s c 、v 、c r 、m n 、c o 、n i 、c u 、z n 、s r 、y 、z r 、b a 、 l a 、c e 、n d 和e u ) 的化学丰度在不同星族成分中的分布趋势。 主要结论如下： ( 1 ) 厚盘和薄盘、厚盘和晕在金属丰度上相互混合，不能很好 地区分，但是从整体上看，薄盘恒星的金属丰度范围主要集中在 o 7s 【f e h 】s 0 4 ，厚盘恒星的金属丰度范围主要集中在1 0 s f e h 】s 一0 3 ，晕星的金属丰度范围主要在【f e h 1 - o 7 ( 2 ) 在厚盘和薄盘恒星金属丰度重叠的( 一o 7 【f e h 】金0 3 ) 范围内，对予q 元素，厚盘恒星的【a f e 】明显高于薄盘，另外a l 元素和铁族元素中的v 、c o 、s c 、c u 、z n 以及中子俘获元素e u 等的丰度分布也与a 元素类似，厚盘高于薄盘；但m n 元素的丰度 n i 河北师范大学硕士学位论文 却表现为薄盘高于厚盘恒星，与。元素分布呈镜像关系；n a 元素 和其他铁族元素c r 、n i 以及中子俘获元素y 、b a 、c e 等的丰度在 厚盘和薄盘恒星中没有差别。 ( 3 ) 在整个金属丰度范围内，厚盘恒星和晕星中对每种元素的 丰度都是相互混合的，没有明显区分。 关键词：银河系；星族；恒星；运动学；丰度 i v 河北师范大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ea b u n d a n c e so fe l e m e n t si ns t a r si sa ni m p o r t a n tp r o b et o s t u d yt h ec h e m i c a le v o l u t i o no ft h eg a l a x y a n a l y s i sa b o u tt h e a b u n d a n c ei nd i f f e r e n ts t e l l a rp o p u l a t i o n si sav e r yi m p o r t a n ts u b j e c t i ns t u d yo ft h es t r u c t u r ea n dc h e m i c a le v o l u t i o no ft h eg a l a x y o u rw o r ki n c l u d e st w op a r t s ：f i r s t ，w es e l e c t e das a m p l eo f s t a r sf r o mt h el a t e s t c a t a l o g u eo ft h e s t a r s u r v e y i nt h es o l a r n e i g h b o u r h o o d ，t h eh i g hr e s o l u t i o na n dh i g hs i g n a l t o n o i s e r a t i o s p e c t r ao f2 6f - a n dg - d w a r f sw e r eo b t a i n e dw i t ht h ec o u d 6e c h e l l e s p e c t r o g r a p hm o u n t e d o nt h e2 1 6mt e l e s c o p ea tt h en a t i o n a l a s t r o n o m i c a lo b s e r v a t o r i e s ( x i n g l o n g ，c h i n a ) t h es p e c t r aw e r e r e d u c e da n de q u i v a l e n tw i d t h so fe a c hs p e c t r al i n ew e r em e a s u r e d w i t hm i d a sr o u t i n e s t h ea b u n d a n c e so fl4e l e m e n t s ( o ，n a ，m g ，a i ， s i ，c a ，f e ，s c ，t i ，v ，c r ，m n ，n ia n db a ) i nt h e s es a m p l es t a r sw e r e c a l c u l a t e db a s e do nt h em o d e la t m o s p h e r e sa n da t o m i cl i n ed a t a ； s e c o n d l y w ec o m p i l e das a m p l eo f5 4 0s t a r sf r o mlll i t e r a t u r e sw i t h t h ed a t ao fa b u n d a n c e s ，t h e nt h ep o p u l a t i o nm e m b e r s h i po fe a c hs t a r w a sd e t e r m i n e du s i n ga nu n i f o r ms t a n d a r do fk i n e m a t i c s ，2 7 0b e l o n g t ot h et h i nd i s k ，l7 0s t a r sb e l o n gt ot h et h i c kd i s k ，a n d10 0b e l o n gt o t h eh a l o f i n a l y ，t h ea b u n d a n c et r e n d so f2 2e l e m e n t s ( n a ，m g ，a i ，s i ， c a ，s c ，t i ，v ，c r ，m n ，f e ，c o ，n i ，c u ，z n ，s r ，z ry ，b a ，c e ，n da n d e u1i nd i f f e r e n ts t e l l a rp o p u l a t i o n sw e r ed i s c u s s e d o u rm a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w i n g ： ( 1 ) t h et h i c kd i s ka n dt h et h i nd i s k s t a r sa r eb l e n d e di n m e t a l l i c i t y ，s of o rt h et h i c ka n dh a l os t a r s b u to nt h ea v e r a g e ，t h e m e t a l l i c i t i e so ft h i nd i s ks t a r sa r em o s t l yi nt h er a n g e - 0 7s f e h 】 s0 4 。f o rt h et h i c kd i s k s 1 0sf f e h 】一0 3 ，a n df o rm o s th a l o s t a r s 【f e h 】s - o 7 、 ( 2 ) i nt h em e t a l l i c i t yr a n g e - 0 7s f e h - 0 3 ，w h e r et h e o v e r l a pr a n g ef o rt h i na n dt h i c ks t a r s ，t h ea b u n d a n c er a t i o 【a f e 】i n t h i c kd i s ks t a r ss h o wac l e a re n h a n c e m e n tc o m p a r e dt ot h i nd i s ks t a r s s o m eo t h e re l e m e n t s ，s u c ha sa l ，s c ，v ，c o ，c uz na n de u ，t h e a b u n d a n c ea l s os h o wac l e a rs e p a r a t i o nb e t w e e nt h et h i na n dt h i c k d i s ks a t r s h o w e v e r ，t h ea b u n d a n c e so fn a ，c r ，n i ，b a ，y ，a n dc ed o n o ts h o wc l e a e rs e p a r a t i o n sb e t w e e nt h et h i na n dt h i c kd i s ks a t r s ( 3 ) f o rh a l oa n dt h i c kd i s ks t a r s ，t h ea b u n d a n c e so fe a c he l e m e n t v 河北师范大学硕士学位论文 a r eh e a v yb l e n d e di nt h ew h o l er a n g eo fm e t a l l i c i t y k e yw o r d s ：g a l a x y ；s t e l l a rp o p u l a t i o n ；s t a r s ；k i n e m a t i c s ； a b u n d a n c e s 河北师范大学硕士学位论文 1 1 元素丰度介绍 第一章引言 银河系中的化学元素( 除一些最轻的元素外) 是多代恒星演化 和核合成的结果，化学元素的丰度可以反映银河系物质演化的历 史。元素的丰度是指各种化学元素及其同位素( 核素) 的相对含量 天文学中各元素的丰度常以各元素的原子数与氢原子数( 取为 n h = 1 0 1 2 ) 比值的对数l ，即用l o g8 ( x ) = l o g ( n x n h ) + 1 2 来表示 恒星的主要化学组成是氢和氮以及少量的较重元素。一般把重于 氮的元素的整体丰度称为恒星的金属丰度，并用z 表示。但从实 际观测角度来讲，一般并不是所有元素的化学丰度都是已知的， 而铁元素的丰度相对而言比较容易确定，因此，常用铁元素的丰 度来代表恒星的金属丰度。为方便起见，铁元素的丰度一般用恒 星和太阳铁原子数密度与氢原子数密度比值的对数之差表示， 即，【f e h = i g ( f e h ) - l g ( f e h ) o 而其他元素的化学丰度一般用 与铁元素丰度的相对比例来表示： 【x f o 2 i g ( x f e ) - lg ( x f e ) o 其中下标和。分别代表恒星和太阳。 如果把一种元素的丰度特征( x f e f e h 】) 称为是一个演 化轨迹，那么1 1 种元素( 包括同位素) 就有n 个演化轨迹 目前，人们已经积累了大量的有关陨石、太阳、恒星、星云等 各种天体中元素及其同位素丰度分布的资料，而其中太阳系的元 素及其同位素丰度是目前各类天体测定的元素最多和最准确的， 也是讨论各类天体元素丰度差别的基础，因此常将太阳的元素丰 河北师范大学硕士学位论文 度作为标准元素丰度或宇宙丰度。目前在恒星中观测到的元素达 到4 0 多种，按质量数大致分为三大类：( 1 ) 轻元素( 1 1s z l o o ) 的光谱 观测，通过丰度分析褥到恒星1 4 种元素的丰度，并根据恒星的 运动学性质确定星族成分，分析不同星族恒星的元素丰度。 ( 2 ) 统计样本的丰度分析：对近年来发表的恒星元素丰度 的观测数据，进行了大样本统计分析。主要工作是对不同作者的 恒星样本采用统一的星族划分方法确定每颗星的星族成分，目的 是探究不同星族恒星特别是厚盘和薄盘恒星的元素丰度是否存 在系统差异。 本文的结构如下：第二章介绍了观测样本的选取和数据处 理；第三章介绍了恒星大气模型的概念和确定恒星大气模型的方 法：第四章计算了观测样本的元素丰度：第五章介绍了恒星运动 学参数和星族成分划分；第六章给出观测样本元素丰度分布的结 果与讨论；第七章是统计样本的丰度分析；第八章是总结和展望。 6 河北师范大学硕士学位论文 第二章观测样本选取和资料处理 2 1 观测样本的选取和观测 2 0 0 4 年n o r d s t r o m 等人2 们统计了太阳近邻的1 4 0 0 0 多颗f 、 g 型矮星的年龄、金属丰度和运动学等参数我们从他们的工作 中选取一些恒星作为研究对象，选取标准如下t ( 1 ) 金属丰度范围- 1 5 f f e h 1 - 1 5 0 。 以上判据可以基本保证选择的样本是处于主序演化阶段的 太阳附近的单星，并适合2 1 6 米望远镜观测。 2 1 2 样本的观测 观测是在2 0 0 4 年1 2 月2 5 日至2 7 日和2 0 0 5 年1 2 月1 0 日 至1 2 日共六夜进行的。表2 1 给出了观测的有关的情况，恒星 的历元是2 0 0 0 年。 ， 河北师范大学硕士学位论文 表2 1 观测记录 星名v 星等赤经赤纬 曝光时间s观测日期 s ，n h d 9 3 1 3 57 4 21 0 ：4 5 ：4 63 2 ：3 5 ：5 03 6 0 0 + 3 6 0 02 0 0 4 1 2 2 71 0 0 h d 9 1 7 5 26 2 91 0 ：3 6 ：2 l3 6 ：1 9 ：3 636 0 0 + 3 6 0 02 0 0 5 1 2 1 l1 0 0 h d 8 9 7 4 45 7 31 0 ：2 2 ：1 0 4 1 ：1 3 ：4 62 7 0 02 0 0 5 1 2 1 1 l o o h d 8 9 1 2 55 8jl o ：1 7 ：1 42 3 ：0 6 ：2 23 6 0 02 0 0 5 1 2 ，】21 2 0 h d 8 7 7 46 2 7o l ：2 7 ：0 6 3 4 ：2 2 ：3 93 6 0 02 0 0 5 1 2 1 01 1 0 h d 7 5 3 3 26 2 20 8 ：5 0 ：3 23 3 ：1 7 ：0 63 6 0 02 0 0 5 1 2 1 1i l o h d 6 8 4 06 5 5o l ：1 0 ：5 06 7 ：4 6 ：4 83 6 0 0 + 3 6 0 02 0 0 5 1 2 1 21 1 0 h d 6 5 5 8 36 9 70 8 ：0 0 ：3 22 9 ：1 2 ：4 43 6 0 0 + 1 8 0 02 0 0 5 1 2 1 0l o o h d 6 4 6 0 67 4 30 6 ：0 7 ：0 91 6 ：3 3 ：2 l3 6 0 02 0 0 4 1 2 2 7l o o h d 6 3 3 87 7 7o l ：0 4 ：3 94 3 ：1 6 ：2 43 6 0 0 + 3 6 0 02 0 0 4 1 2 2 51 3 0 h d 5 8 5 5 l6 5 40 7 ：2 6 ：5 02 l ：3 2 ：0 83 6 0 02 0 0 5 1 2 1 21 0 0 h d 4 1 6 4 0 7 3 40 6 ：0 7 ：0 91 6 ：3 3 ：2 l3 6 0 0 + 3 6 0 02 0 0 5 1 2 1 0l o o h d 3 7 1 9 98 0 70 5 ：3 9 ：0 l4 5 ：2 6 ：5 23 6 0 0 + 3 6 0 02 0 0 4 1 2 2 6 1 0 0 h d 3 4 5 47 5 30 0 ：3 7 ：5 64 7 ：2 4 ：2 73 6 0 0 + 3 6 0 02 0 0 5 1 2 1 11 0 0 h d 3 2 6 86 3 20 0 ：3 5 ：5 41 3 ：1 2 ：2 53 6 0 02 0 0 5 1 2 1 2l o o h d 3 0 6 4 9 6 9 40 4 ：5 1 ：4 34 5 ：5 0 ：0 33 6 0 02 0 0 5 1 2 1 21 0 0 h d 2 9 6 4 5 5 9 70 4 ：4 1 ：5 03 8 ：1 6 ：4 8 3 6 0 0 2 0 0 5 1 2 1 01 13 h d 2 6 7 4 96 7 40 4 ：1 4 ：18 1 2 ：2 0 ：5 3 3 6 0 0 2 0 0 5 1 2 11 l o o h d 2 6 6 37 3 70 0 ：3 l ：1 26 9 ：4 7 ：0 63 6 0 02 0 0 4 1 2 2 71 0 h d 2 5 17 3 7 2 20 4 ：0 7 ：2 47 5 ：1 0 ：3 03 6 0 0 2 0 0 5 1 2 1 2 1 0 0 h d 2 2 1 2 27 90 3 ：3 5 ：1 94 2 ：5 4 ：j 23 6 0 0 2 0 0 4 1 2 2 5 l o o h d 2 0 4 2 77 3 50 3 ：18 ：3 l3 82 73 l3 6 0 0 + 3 6 0 02 0 0 5 1 2 i o1 0 0 h d l8 7 6 86 7 20 3 ：0 2 ：5 24 7 ：0 6 ：3 72 7 0 02 0 0 4 1 2 2 51 5 0 h d l 5 0 2 97 3 60 2 ：2 5 ：3 4l l ：5 8 ：i63 6 0 0 2 0 0 4 1 2 2 61 0 0 h d l 0 3 0 9 56 4 2l l ：5 2 ：5 83 7 ：4 3 ：0 73 6 0 02 0 0 5 1 2 1 21 0 0 h d l 0 0 5 6 35 7 61 l ：3 4 ：2 l0 3 ：0 3 ：3 62 4 0 02 0 0 5 12 101 0 0 8 河北师范大学硕士学位论文 2 2 资料处理 观测数据的处理是利用“慕尼黑图像数据分析系统” ( m i d a s ) 的长缝光栅处理软件包进行的。m i d a s 系统是欧洲 南方天文台( e s o ) 开发的，侧重于天文领域图像与数据的处理。 处理的过程包括以下几个方面； 2 2 1 格式转换 观测得到的数据为f i t s 文件，需要将其转换成m i d a s 处理 所需要的b d f 文件，这是利用m i d a s 软件包的有关命令进行。 2 2 2 抽取一维谱 包括级次定位、波长定标、平场处理、恒星背景改正、去宇 宙线、一维谱抽取： 2 2 3 视向速度改正 在得到一维谱后，首先测量恒星的视向速度，我们选取了 一组大约2 5 条中等强度而没有明显混合的谱线，分别测量其波 长，然后与其静止波长比较，得到光谱相对于静止波长的偏移， 通过视向速度改正把一维谱移动到静止波长处。 2 2 4 连续谱归一化 归一化处理的方法是在光谱上选取若干个连续的点，通过拟 和得到连续谱，利用获得的连续谱轮廓，进行归一化。 9 河北师范大学硕士学位论文 2 2 5 等值宽度测量 在介绍等值宽度测量之前，对等值宽度概念简单介绍一下： 恒星的可见光谱为连续光谱加吸收线，在天体分光光度图 上，吸收线表现为连续光谱背景上的凹陷部分，发射线是连续光 谱背景上的凸出部分图2 1 的上图表示吸收线附近光谱能量的 分布情况，在理论和实际工作中，用吸收线邻近的连续光谱强度 为单位，来表示吸收谱线内的强度的分布是比较方便的，这个量 称为谱线的剩余强度，用表示，则为 吩= 每或吃2 每 i 图2 1 谱线轮廓示意图 其中i 。或f 表示i 8 线内波长 处的辐射强度或辐射流，或群 i o 河北师范大学硕士学位论文 表示厨一波长处连续光谱的对应量，以r - 为纵坐标，以x 为横坐 标作图，所得的谱线形状就是谱线轮廓，图2 1 下图表示与上图 相应谱线的谱线轮廓。 吸收线的等值宽度是谱线内被吸收总能量的一种度量 2 1 i 它 的定义为： 2 r ( 1 一m 由图2 - 2 可看出，等值宽度表示了由谱线轮廓和连续光谱背 景内插得到的) 所包围的面积，代表了谱线所吸收的全部能量， 所以等值宽度又称为总吸收，用一个矩形来表示等值宽度，它的 高度为一个单位，而宽度正好等于，等值宽度的单位与波长单 位相同。 图2 - 2 等值宽度示意图 用于元素丰度分析的谱线是从太阳谱线表2 2 1 中仔细选取出 来，判据如下：( 1 ) 谱线不存在混合或者有很小的混合；( 2 ) 有 可靠的原子数据。采用这样的判据，在5 5 0 0 a 8 8 0 0a 之间选取 了f e i ，f e i i ，o i ，n a l ，m g i ，a i i 。s i i ，k i ，c a i ，s c i i ，t i l ， v i ，c r i ，m n i ，n i i ，b a l 共1 4 种元素的1 6 6 条谱线。 等值宽度的测量采用三种方法；g a u s s i a n 函数拟合，v o i g t 河北师范大学硕士学位论文 函数拟合和直接积分。g a u s s i a n 函数拟合适用于弱线的拟和，而 对于强线，v o i g t 函数拟合可以更好的拟和其线翼，给出更准确 的结果。对于那些没有混合的谱线，直接积分的结果更为可靠。 一般情况下，根据三种方法的适用程度进行加权平均，得到最后 的结果。为了确定等值宽度的测量精度，我们与以前工作的一 些结果进行了比较，图2 3 给出了我们测得的h d l 0 3 0 9 5 的等值 宽度与g r a t t o n ( 2 0 0 3 ) 2 3 1 测得的等值宽度结果的比较，可以看 到两种结果在误差范围内符合较好。 图2 - 3 h d l 0 3 0 9 5 的等值宽度比较 河北师范大学硕士学位论文 第三章恒星大气模型确定 3 1 恒星大气模型简介 恒星大气是指恒星上能被观测到的表面层，恒星大气可以分 为物理特性各不相同的层，对于太阳大气从里向外可以分为光 球、色球和日冕。绝大多数恒星的可见光谱大部分来自光球区域。 恒星大气模型是用于描述恒星大气的物理结构，即温度、密 度、大气压力、电子压力等物理量在恒星大气不同深度的变化规 律。 利用高分辨率光谱分析恒星的化学丰度，首先要建立恒星大 气模型。由于大气真实的情况很复杂，恒星大气模型不能直接确 定而必须通过大气几个特征参数和具有不同电离度，不同激发态 及不同跃迁几率的元素谱线联系在一起。 谱线的强度与吸收子的数目有关2 5 1 9 在局部热动假设下， 吸收子数日可用激发公式( 玻尔兹曼方程) ( 公式3 1 ) 和电离公 式( 萨哈公式) ( 公式3 2 ) 来计算： 生n = 急1 1 l o 吨 ( 3 1 ) ( r ) ( 3 ) 其中：n 。为激发至第n 能级的那部分原子( 离子) 数， n 为同一元素的总原子数。g 。为统计权重， 配分函数u c t ) = g ，p 1 灯， 0 = l o ge ( k t ) = 5 0 3 9 7 7 1 t 篑= 挈 ( 3 - 2 ) o () 其中：盟是离子与中性原子数之比， o 1 3 河北师范大学硕士学位论文 似d = o 6 6 6 5 竺l r 5 ，2 1 0 - ，o 柏7 7 r p 。= n e k t 为电子压力。 可见吸收子的数目与温度、电子压力及一些原子常数有关， 因此谱线的强度与温度、电子压力及一些原子常数有关，由于原 子的激发和电离程度与t 成指数函数和幂函数的关系，温度是对 谱线强度影响最大的一个物理量。压力效应主要表现在改变吸收 子的数日( 通过电力平衡) ，从而改变谱线吸收与连续吸收之比， 压力又受表面重力的支配，近似的有毁= 常数x9 2 ”和见2 常数x g “3 ，因此对于f 、g 和k 型星，谱线的强度对压力的依赖关系 可以近似化为对重力的依赖关系，谱线强度还耍受吸收元素的化 学丰度影响，因此大气模型的主要特征参数是：( 1 ) 有效温度； ( 2 ) 表面重力g ，它表示恒星大气被其引力场自身所压迫的程度， 一般用对数值表示；( 3 ) 金属丰度【f e ，h 】；( 4 ) 微观湍流速度v t ， 它是人为引入的，代表了谱线中由原子非热运动引起的致宽部 分，它的大小靠经验方法确定。 事实上，恒星大气模型除了这些特征参数以外还要进一步依 赖某些假设以使十分复杂的计算得以进行下去。目前的理论大气 模型一般都是采用平面平行层、流体静力学平衡和局部热动平衡 ( l e t ) 假定，对流采用混合程理论。本文采用了k u r u c z 模型2 ， 并利用德国慕尼黑大学的m a g a i n 博士提供的i n t e r m o d 程序对 k u r u c z 模型得到的恒星大气表格进行差值，从而得到恒星大气模 型。 1 4 河北师范大学硕士学位论文 3 2 恒星大气的几个参数的确定 3 2 1 有效温度( t e f f ) 我们从s i m b a d 2 8 1 数据库中收集了研究对象的三种色指数 ( b v ，v k 和b y ) ，根据a l o n s o 2 6 1 等人的经验定标公式 由色指数和 f e l h 来确定有效温度，通过加权平均( t ( b - - v ) ：t ( v k ) ：t ( b y ) - - - i ：l ：1 ) 的方法得到平均的有效温度表3 一l 给出b v ，v k ，b y 色指数及最终确定的有效温度。 3 2 2 表面重力( 1 0 9g ) 对于类太阳温度的恒星，其表面重力决定了各种元素的电离 态，它对与电离谱线的影响比中性谱线的影响大得多，因此人们 通常采用迫使同一种元素不同电离态的谱线得到相同的元素丰 度的方法确定表面重力【35 1 ，在实际应用中，由于f e 元素谱线非 常丰富，因而f e 常被用来作表面重力的确定元素。本文就是采 用这种方法；用e d v a r d s s o n ( 1 9 9 3 ) 5 1 给出的方法利用c l 、有效 温度和金属丰度等参数得出表面重力作为初值调节表面重力，使 中性f e l 和电离f e l l 得到铁丰度相同的方法确定表面重力。 3 2 3 金属丰度( 【f e h 】) 我们采用从n o r d s t r o m 2 0 0 4 等人【2 0 1 的星表v 1 1 7 表l 查得 的【f e h 作为金属丰度的初始值，结合其他大气参数计算恒星大 气模型，然后通过分析f e l 和f c l i 谱线，、得到f e i 的平均丰度作 为新的【f e h ，重新计算恒星的大气模型，这样反复迭代直到输入 河北师范大学硕士学位论文 的【f e h 等于输出的f f e h 】。 3 2 4 微观湍流速度( 掌。) 微观湍流速度是谱线致宽的机制之一，在谱线分析中微观湍 流速度必须考虑。本文确定微观湍流速度的方法选取磊= 1 5 作 为初值，调节磊，使得f e i 的平均丰度与等值宽度无关。以 h d 8 9 1 2 5 为例，我们画出了e w ( f e i ) 与l o g 。( f e d 的关系 圈( 图3 - 1 ) 图3 1 h d 8 9 1 2 5e w ( f e i ) 与l o g8 ( f e l ) 的关系图 在以上确定恒星大气参数的过程中，有效温度、表面重力、 金属丰度和微观湍流速度相互影响，是个逐次迭代的过程，最终 使f e i 和f e i i 得到相同铁丰度，并使输出得【f e h 等于输入的 f e h ，从而得到自洽的恒星大气参数( 见表3 2 ) 河北师范大学硕士学位论文 表3 - 1 有效温度 星名 b vv k b y t e f f ( b - v ) kt e f f ( v - k ) kt e f f ( b - y ) k h d 9 3 1 3 50 4 5 11 1 4o 2 8 3 6 2 4 66 3 4 96 s 1 4 h d 9 1 7 5 20 4 3 6l 0 2 8 96 4 0 96 6 0 86 4 8 5 h d 8 9 7 4 4o 5 3 ll ，2 9o 3 3 86 1 2 36 0 8 66 1 7 l h d 8 9 1 2 5o 51 3 5 0 3 46 0 4 45 9 8 36 0 3 5 h d 8 7 7 4o 4 5 31 0 20 2 9 66 4 0 76 5 6 86 4 5 3 h d 7 5 3 3 2 0 5 4 9i 2 8 o 3 3 85 9 9 06 1 0 26 1 0 2 h d 6 8 4 00 5 5 3i 4 4o 3 6 75 8 3 45 8 3 75 8 6 2 h d 6 5 5 8 30 7 1 6 1 8 7 0 4 55 2 2 05 2 1 75 2 8 0 h d 6 4 6 0 60 7 3 91 9 60 4 5 25 1 1 65 1 0 5 5 2 4 9 h d 6 3 3 80 4 0 31 0 3o 2 7 96 4 6 76 4 6 06 5 4 2 h d 5 8 5 5 10 4 6 41 2 5o 3 2 26 1 9 56 l5 36 1 6 0 h d 4 1 6 4 00 5 4 3 1 3 3o 3 3 9 5 8 2 96 0 1 76 0 0 5 h d 3 7 1 9 90 8 0 92 0 70 4 8 l4 9 1 84 9 7 95 1 2 7 h d 3 4 5 40 ，4 6 31 3 10 3 3 2 6 1 4 66 0 5 l6 0 6 4 h d 3 2 6 80 5 1 71 2 7o 3 36 0 5 46 1 186 1 5 0 h d 3 0 6 4 9o 5 8 61 5o 3 8 55 6 8 75 7 4 25 7 0 5 h d 2 9 6 4 50 5 9 3 1 3 8 0 3 75 8 4 45 9 3 75 9 i8 h d 2 6 7 4 90 6 7 7 1 70 4 2 l 5 4 0 15 4 4 35 4 9 7 h d 2 6 6 30 5 0 41 3 3o 3 4 56 0 1 96 0 1 75 9 8 5 h d 2 5 l7 30 5 3 l1 4 2o 3 6 l5 8 6 85 8 6 95 8 7 7 h d 2 2 1 2 21 1 6 71 4 10 3 6 34 l8 55 8 8 55 8 9 0 h d 2 0 4 2 70 4 6 31 3o 3 3 16 1 7 26 0 6 86 1 0 6 h d l 8 7 6 80 5 9 61 5 3o 3 8 85 6 6 l5 6 9 55 7 0 7 h d l5 0 2 90 4 9 51 3 3o 3 3 l 6 0 9 9 6 0 1 76 1 2 4 h d l 0 3 0 9 50 7 5 42 0 70 4 8 44 9 9 14 9 6 i5 0 3 5 h d l 0 0 5 6 3 0 4 8i 1 20 2 9 76 3 2 l6 3 8 2 6 4 4 0 ， 河北师范大学硕士学位论文 表3 - 2 恒星的大气参数 恒星 t e f f ( k ) l o gg【f e h 】 l ( k m s ) s u n5 7 7 04 4oo 8 4 h d 9 3 1 3 56 3 7 0 3 4 60 4 9 2 h d 9 1 7 5 26 5 0 03 7 9o 2 11 5 7 h d 8 9 7 4 46 1 2 03 7 20 0 3i 8 8 h d 8 9 1 2 s6 0 2 04 0 2 0 4 8 1 3 8 h d 8 7 7 46 4 5 04 2o 0 52 6 2 h d 7 5 3 3 26 0 6 04 2 5d ，1 3i 6 h d 6 8 4 05 8 4 03 8 5o 51 3 9 h d 6 5 5 8 35 2 5 04 7 2 0 7 4 o o l h d 6 4 6 0 65 1 5 63 7o 9 li 3 7 h d 6 3 3 8 6 4 9 03 9 20 4 6 1 5 l h d 5 8 5 5 16 17 04 3 6o 4 5l h d 4 1 6 4 05 9 5 04 2 7- o 6 5i 3 h d 3 7 1 9 95 0 2 53 2 50 9 11 5 5 h d 3 4 5 4 6 0 8 0 4 4 50 6 5 1 2 6 h d 3 2 6 86 i i o4 1 3o 2 91 7 h d 3 0 6 4 9 5 7 l o4 2 6o 61 0 6 h d 2 9 6 4 55 9 0 03 9 20 0 61 7 2 h d 2 6 7 4 95 4 5 03 9o 5 3i h d 2 6 6 36 0 l o4 4 50 4 8l ，5 l h d 2 5 1 7 35 8 7 03 8 5o 6 6 1 4 h d 2 2 1 2 25 4 0 02 3 0 1 6 1 6 5 h d 2 0 4 2 76 l ls3 90 5 61 5 5 h d l8 7 6 8 5 6 9 0 3 7 8 0 5 61 2 4 h d l5 0 2 96 0 7 04 2 70 3 8 2 h d l 0 3 0 9 54 9 9 54 5 5 1 3 8o h d l0 0 5 6 36 3 8 04 330 0 31 7 2 i 毫 3 3 谱线参数 因子， ( 1 ) 河北师范大学硕士学位论文 在元素丰度分析中需要用到谱线数据有：振子强度和增强 分别说明如下： 振子强度 振子强度是 就可以求出原子 ( 1 0 9g f ) 用来表征原子吸收和发射的重要物理量，知道它 吸收系数4 3 1 振子强度直接影响到元素丰度丰 度分析的结果，采用高精度的l o g 最厂值十分重要。近年来很多高 耪度的实验室灏量和理论计算的l o g g f 值发表我们从大量文献 中收集可靠的l o gg f 值用于丰度分析，有关文献列于表3 - 3 ( 2 ) 增强因子( f 6 ) 在谱线的诸多致宽因素中，与中性原子的碰撞致宽，即范 德瓦耳斯致宽十分重要范德瓦耳斯致宽阻尼常数一般采取 u n s o l d 近似计算，但是u n s o l d 近似给出的范德瓦耳斯致宽比真 实情况弱，一般要乘上一个大于l 的因子即增强因子 。本文采 用的 参考了以前的一些工作结果2 2 | 对于大多数原子，f 6 = 1 5 ，对于c a i ，取五= 1 8 ，n a i 取石= 2 0 ，a i i 、m g i 、m n i 取五 = 2 5 ，f e i 原子的 值根据谱线的低能级激发电势z 决定： o o e v s z s 0 5 e v 时，f 6 = 1 0 ：0 5 e v s z 1 5 e v 时， f 6 = 1 1 ； 1 5 e v s z 2 4 e v 时，f 6 = 1 2 ；2 4 e v s z 2 s e v 时，f 6 = 1 3 ，z 2 8 e v 时，f 6 = 1 4 。表3 - 3 给出了有关的谱线参数，第一列为谱线波长 第二列为元素名称，第三列为谱线的低能级激发电势，第四列为 振子强度，第五列为增强因子，第六列太阳的等值宽度，第七列 为采用的l o gg f 值煦参考文献 9 河北师范大学硕士学位论文 表3 - 3 谱线参数 一 太阳等值引o 兀激发电势 l o g ( e , ) 波长( a ) 素( e v ) 宽度文 7 8 3 5 3 1 7a l l4 0 2 00 5 0 02 5 0 04 4 23 7 8 3 6 1 3 0a l l4 0 2 00 3 4 02 5 0 06 1 53 5 8 5 3 6 8 8 b a 20 6 0 0 一1 o l o3 0 0 06 6 7l 6 1 4 1 7 2 7b a 20 7 0 0- 0 0 8 03 0 0 01 2 2 ，82 6 4 9 6 9 0 8b a 20 6 0 00 3 8 03 0 0 01 0 5 32 5 8 6 7 5 7 2 c a l2 9 3 01 6 1 01 8 0 02 5 2l 6 1 6 1 2 9 5 c a l2 5 2 0- 1 2 7 01 8 0 07 6 4 4 6 1 6 6 4 4 0c a l2 5 2 01 1 4 01 8 0 07 3 7 4 6 1 6 9 0 4 4c a l2 5 2 00 8 0 01 8 0 01 0 0 84 6 1 6 9 5 6 4c a l 2 5 2 0 一0 4 8 0 1 s 0 01 2 2 64 6 4 4 9 ，8 2 0c a 】2 5 2 00 5 0 01 8 0 01 1 5 44 6 4 5 5 6 0 5c a l2 5 2 01 2 9 01 8 0 05 9 34 6 4 7 1 6 6 8c a l2 5 2 0一0 6 9 01 8 0 09 7 ，l 4 6 4 9 3 7 8 8c a l2 5 2 00 1 1 01 8 0 01 3 4 14 6 4 9 9 6 5 4c a l2 5 2 00 8 2 0 1 8 0 08 8 74 6 5 7 2 7 9 5c a l0 0 0 04 3 2 01 8 0 03 5 6 4 6 7 1 7 6 8 7c a l2 7 l o0 5 2 0 1 8 0 01 2 6 54 8 2 4 8 8 0 2c a 2 7 5 l o0 5 7 02 5 0 05 7 76 6 9 7 8 3 8 3c r i3 4 6 0o 1 4 01 5 0 06 2 66 6 9 7 9 8 0 6c r l3 4 6 00 4 1 01 5 0 03 4 26 7 3 5 5 8 9 1c r l2 8 9 00 2 8 0 1 5 0 07 4 56 5 8 0 6 7 3 2f e l4 6 1 00 9 1 0 4 0 05 5 o4 58 0 9 2 2 4f e l3 8 8 01 7 4 01 4 0 05 5 7l 5 8 5 2 2 2 8f e l4 5 5 01 3 3 01 4 0 04 1 46 5 8 5 6 0 9 6f e l4 2 9 01 6 4 0 1 4 0 0 3 2 66 5 8 5 9 5 9 6f e l 4 5 5 0 0 6 6 0 1 4 0 07 5 14 5 8 6 2 3 6 8f e l4 5 5 00 5 0 01 4 0 09 0 84 5 9 0 5 6 8 0f e l4 6 5 00 7 6 0 i 4 0 0 6 2 04 5 9 1 6 2 5 7f e l2 4 5 02 9 9 01 3 0 05 4 16 5 9 2 7 7 9 7f e l4 6 5 0- 1 0 6 0 1 4 0 04 2 24 5 9 2 9 6 8 2 f e l4 5 5 0i 2 4 01 4 0 04 3 84 5 9 3 0 1 9 lf e l4 6 5 00 2 9 0 1 4 0 09 9 54 河北师范大学硕士学位论文 5 9 3 4 6 6 5f e l3 9 3 01 15 01 4 0 08 1 14 5 9 5 2 7 2 6 f e l 3 9 8 01 4 3 01 4 0 06 8 36 5 9 5 6 7 0 6f e l0 9 6 04 6 l o1