晚型恒星大气中锂元素非局部热动平衡效应的研究

论文摘要

Li元素是能在大爆炸中形成的少数几种元素之一，它在研究宇宙的形成历史、核合成理论、恒星的内部结构与演化等方面有着非常重要的作用和地位。初始Li丰度的确定将会对大爆炸理论、宇宙重子密度，甚至对中子的种类给出限制条件。因此研究恒星大气中的Li丰度具有非常重要的意义。由于Li的电离势很低，即使在冷星大气中，极大多数Li也处于电离状态，因此易受非局部热动平衡（NLTE）的影响。特别是对富Li恒星而言，其NLTE不容忽视，所以很有必要研究Li在这类恒星中的NLTE效应的大小。本文主要包括以下四部分。第一部分简单介绍了Li元素在天体物理研究中的重要性，Li主要的形成和衰竭机制。除了大爆炸核合成理论（SBBN）外，形成7Li元素的其它可能机制有：宇宙线导致的核分裂、超新星或新星爆发、AGB星和T Tau星。不过这些都需要理论和观测的进一步证实。恒星表面Li衰竭的机制主要有：质量损失、对流超射、微观扩散、自转等。我们综述了盘族、晕族和星团中恒星Li丰度研究的最新进展。第二部分主要讨论Li的NLTE效应。分析了研究Li的NLTE效应的必要性，介绍了影响其大小的几种主要机制：共振线散射和光子损失、光子吸入、紫外过电离、红外过复合、束缚-束缚抽运以及与H原子和H-的非弹性碰撞。接下来综述了Li原子模型的发展历史，及太阳、贫金属恒星和盘星中Li的NLTE效应的研究现状。第三部分详细报告了我们的研究方法和结果。基于高分辨率、高信噪比的光谱资料，我们确定了9颗富Li冷星的大气参数(有效温度Teff，表面重力log g，金属丰度[Fe／H]，微观湍流速度ξt)。其中，采用拟合Hα线翼的方法确定恒星的有效温度，其优点是不受星际消光和色指数误差所带来的影响；确定表面重力log g时，采用了Hipparcos卫星的距离数据。我们用谱线综合的方法确定了样本星的铁和Li丰度，并分析了样本恒星在考虑及没有考虑电荷交换反应情况下A（Li）偏离LTE的大小。并与前人得到结果做了比较。得到的主要结果如下：1．无论考虑还是没有考虑电荷交换反应，NLTE修正对我们的样本星都不大（≤0.1dex），且修正量都为负值。2．NLTE修正量有随恒星表面Li丰度降低而减小的趋势。3．对富金属恒星，有没有考虑电荷交换反应对确定Li丰度几乎没有影响。但对贫金属恒星，可能有必要考虑电荷交换反应。而且考虑了这一效应后，会得到更低的Li丰度。4．恒星表面的Li丰度与其质量有相关性。当其质量小于1.2 M⊙时，其表面Li丰度有下降的趋势。第四部分总结了得到的结论并展望了将来的工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 银河系概况
• 1.2 研究Li的意义
• 1.3 Li的形成和衰竭
• 1.4 Li丰度的研究进展
• 1.4.1 盘族恒星的Li丰度
• 1.4.2 晕族恒星的Li丰度
• 1.4.3 星团中恒星的Li丰度
• 第二章 Li的NLTE效应
• 2.1 为何要进行NLTE研究
• 2.2 影响Li的NLTE效应的各种机制
• 2.2.1 共振线散射和光子损失
• 2.2.2 光子吸入
• 2.2.3 紫外过电离
• 2.2.4 红外过复合
• 2.2.5 束缚-束缚抽运
• -的非弹性碰撞'>2.2.6 与H原子和H^-的非弹性碰撞
• 2.3 Li原子模型
• 2.3.1 原子模型输入量
• 2.3.2 Li原子模型的发展历史
• 2.4 几种不同类型恒星的NLTE效应
• 2.4.1 太阳中Li的NLTE效应
• 2.4.2 贫金属恒星中Li的NLTE效应
• 2.4.3 盘星中Li的NLTE效应
• 第三章 富Li恒星的Li元素丰度研究
• 3.1 样本的选择
• 3.2 观测和数据处理
• 3.2.1 仪器介绍
• 3.2.2 观测
• 3.2.3 数据处理
• 3.3 恒星大气参数的确定
• 3.3.1 有效温度
• 3.3.2 表面重力
• 3.3.3 金属丰度
• 3.3.4 微观湍流速度
• 3.4 恒星大气模型和丰度分析
• 3.4.1 恒星大气模型
• 3.4.2 Li原子模型
• 3.4.3 原子参数
• 3.4.4 Li丰度
• 3.4.5 误差分析
• 3.4.6 与前人的结果比较
• 3.4.7 结果和讨论
• 第四章 总结与展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢