王 雙 楊國(guó)超 張 璐 李宏杰 張 波

(1 河北科技大學(xué)理學(xué)院石家莊 050018)

(2 河北師范大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院石家莊 050024)

(3 河北師范大學(xué)物理學(xué)院石家莊 050024)

1 引言

貧金屬星是宇宙演化早期形成的恒星,保留了第1代恒星以及銀河系及近鄰矮星系演化極早期的化學(xué)特征,因此探究貧金屬星化學(xué)元素的天體物理來(lái)源對(duì)于理解宇宙中元素的產(chǎn)生和銀河系早期的化學(xué)演化歷史具有重要意義[1–2].一顆恒星的大氣中某種元素的多少用豐度表示,元素X的豐度定義為包含1012個(gè)氫原子的物質(zhì)中所含元素X原子個(gè)數(shù)ε(X)的對(duì)數(shù)值,即lgε(X)≡lg(NX/NH)+12.0,式中NX和NH分別為元素X和H的原子個(gè)數(shù).元素X和Y的相對(duì)豐度[X/Y]≡lg(NX/NY)??lg(NX/NY)⊙,下標(biāo)“?”代表某顆恒星,“⊙”代表太陽(yáng).本文研究的貧金屬星是指[Fe/H]

目前人們對(duì)于r-過(guò)程的天體物理環(huán)境、種子核和中子源等物理信息還很不清楚,一般認(rèn)為與II型超新星爆發(fā)或中子星并合等劇烈的天體物理事件有關(guān)[11–12].2017年以來(lái),高新激光干涉儀引力波天文臺(tái)和室女座引力波探測(cè)器(LIGO/Virgo)以及哈勃空間望遠(yuǎn)鏡(HST)等觀測(cè)到中子星并合事件拋出La系等中子俘獲元素,這意味著中子星并合是r-過(guò)程元素產(chǎn)生的天體物理場(chǎng)所之一[13–14].由于對(duì)r-過(guò)程的物理?xiàng)l件和產(chǎn)量不完全清楚,Arlandini等[15]從太陽(yáng)的觀測(cè)豐度中減去s-過(guò)程豐度從而得到r-過(guò)程豐度.根據(jù)貧金屬星觀測(cè)豐度的模式特征,r-過(guò)程被分為主要r-過(guò)程和弱r-過(guò)程[16].基于典型主要r-過(guò)程星(CS 22892–052和CS 31082–001)和弱r-過(guò)程星(HD 122563和HD 88609)的觀測(cè)豐度,Li等[17]在2013年和Hansen等[18]在2014年分別通過(guò)迭代得到了主要r-過(guò)程和弱r-過(guò)程豐度,并證明兩個(gè)r-過(guò)程產(chǎn)量具有primary特性.

大量貧金屬星的觀測(cè)研究發(fā)現(xiàn),存在大量C元素超豐的貧金屬星(Carbon-Enhanced Metal-Poor,CEMP),且其比例隨著金屬豐度降低而升高[19–20].多年來(lái),由于CEMP星的中子俘獲元素顯示出不同的豐度特征,且形成機(jī)制尚不完全確定,因此這類貧金屬星元素豐度特征的形成機(jī)制一直是天體物理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[21–22].基于中子俘獲元素的豐度模式,CEMP星被進(jìn)一步分為4類[3]:(1)CEMP-s星:[Ba/Fe]>1.0,[Ba/Eu]>0.5.通常認(rèn)為此類恒星處于雙星系統(tǒng)中,其超豐的s-過(guò)程元素來(lái)自其經(jīng)歷了漸近巨星支階段的伴星[23].但有些CEMP-s星被視向速度觀測(cè)認(rèn)定為單星.這些CEMP-s視單星中子俘獲元素豐度特征的形成機(jī)制還需進(jìn)一步探究[24].(2)CEMP-r星:[Eu/Fe]>1.0.此類恒星的觀測(cè)數(shù)據(jù)非常少.目前僅有CS 22892–052被認(rèn)定為CEMP-r星,且這顆貧金屬星沒(méi)有表現(xiàn)出雙星軌道特征[25].(3)CEMP-r/s星:0.0<[Ba/Eu]<0.5.此類恒星元素豐度特征的形成機(jī)制仍處于爭(zhēng)論中.人們提出多種模型試圖解釋其Ba和Eu的雙超豐現(xiàn)象,但任何一種模型都不能完美地解釋此類恒星元素豐度模式的形成[26–27].(4)CEMP-no星:[Ba/Fe]<0.0.此類恒星的觀測(cè)樣本中被認(rèn)為屬于宇宙中第2代恒星的比例較高(但數(shù)量仍然非常有限).這些被認(rèn)為屬于第2代恒星的CEMP-no星可能形成于被第1代大質(zhì)量星污染后的氣體云中[28].

2016年,基于視向速度觀測(cè),Hansen等[24]將4顆CEMP-s星認(rèn)定為單星:CS 30301–015、HE 1045+0226、HE 0206–1916和HE 2330–0555.2017年,Choplin等[29]利用快速自轉(zhuǎn)大質(zhì)量星的primary弱s-過(guò)程理論模型與這4顆CEMP-s視單星的元素豐度進(jìn)行了比較,討論了這4顆CEMP-s星元素豐度的形成機(jī)制以及快速自轉(zhuǎn)大質(zhì)量星的primary弱s-過(guò)程產(chǎn)物對(duì)這4顆CEMP-s星元素豐度特征形成的影響.但是單一的primary弱s-過(guò)程并不能很好地解釋CS 30301–015的Sr、Y和Pb以及HE 1045+0226的Pr和Eu等元素豐度的超豐.Choplin等[30]于2018年給出了不同物理參數(shù)下的快速自轉(zhuǎn)大質(zhì)量星的primary弱s-過(guò)程產(chǎn)量,這為相關(guān)研究提供了幫助.另外,Abate等[31]利用雙星演化模型分析了CEMP-s星的軌道周期,他們提出這4顆CEMP-s視單星可能都是雙星系統(tǒng),被認(rèn)定為單星的原因可能是其軌道周期太長(zhǎng)(>10000 d)或軌道面傾角不利于觀測(cè).但同時(shí)也指出他們的模型在長(zhǎng)軌道周期雙星的數(shù)量統(tǒng)計(jì)上與觀測(cè)數(shù)據(jù)不一致.

貧金屬星中子俘獲元素的豐度模式特征一般是多個(gè)核合成過(guò)程產(chǎn)物累積的結(jié)果,因此定量計(jì)算不同核合成過(guò)程對(duì)貧金屬星元素豐度的貢獻(xiàn)能夠更準(zhǔn)確地探究其天體物理來(lái)源,從而為更全面地理解銀河系早期的化學(xué)演化和不同類型恒星的形成過(guò)程提供線索[32].在上文提到的4顆CEMP-s視單星中,由于HE 0206–1916和HE 2330–0555元素豐度的觀測(cè)數(shù)據(jù)較少,尤其缺少Sr、Y和Zr等典型的輕中子俘獲元素以及La、Eu等典型的重中子俘獲元素豐度,所以我們重點(diǎn)探究另外兩顆CEMP-s視單星CS 30301–015和HE 1045+0226化學(xué)元素的天體物理來(lái)源.本文第2節(jié)是針對(duì)這兩顆樣本星的豐度線索分析;第3節(jié)利用疊加與分解的方法計(jì)算不同核合成過(guò)程對(duì)樣本星元素豐度的相對(duì)貢獻(xiàn)及相應(yīng)核合成過(guò)程的分量豐度,進(jìn)而探究這兩顆樣本星化學(xué)元素的天體物理來(lái)源;第4節(jié)是結(jié)論與討論.

2 豐度線索

貧金屬星的元素豐度模式蘊(yùn)含了豐富的核合成信息,探究貧金屬星化學(xué)元素的天體物理來(lái)源有助于我們更全面地了解星系早期的元素合成過(guò)程.為了得到樣本星元素豐度特征的核合成線索,我們分別將CS 30301–015 ([Fe/H]=?2.64)和HE 1045+0226([Fe/H]=?2.20)的觀測(cè)豐度模式與7顆已被認(rèn)定為處于雙星系統(tǒng)中的CEMP-s星(?2.94 ≤[Fe/H] ≤?1.90,以下簡(jiǎn)稱CEMP-s雙星)的平均觀測(cè)豐度模式進(jìn)行比較,比較結(jié)果在圖1中給出.其中,對(duì)于某一元素X,CS 30301–015的觀測(cè)豐度lgε(X)取自文獻(xiàn)[33–34];HE 1045+0226的觀測(cè)豐度lgε(X)取自文獻(xiàn)[35].CEMP-s雙星的觀測(cè)豐度lgε(X)取自文獻(xiàn)[33–34,36–38].不同的研究工作可能采用不同的太陽(yáng)元素豐度值以及不同的元素豐度計(jì)算模型和方法.由文獻(xiàn)給出的lgε(X)計(jì)算[X/Fe]過(guò)程中,我們統(tǒng)一采用Anders等[39]于1989年給出的太陽(yáng)元素豐度值.對(duì)于樣本星元素豐度的觀測(cè)誤差,我們考慮了相應(yīng)文獻(xiàn)給出的大氣參數(shù)(有效溫度、表面重力、金屬豐度和微觀湍流速度)不確定性和譜線等值寬度的測(cè)量誤差等因素,將各因素所導(dǎo)致的豐度測(cè)量誤差取平方和后開(kāi)平方(即方和根)作為樣本星元素豐度的觀測(cè)誤差.這樣在統(tǒng)一了太陽(yáng)元素豐度參考值及考慮了不同的元素豐度測(cè)定方法造成的豐度測(cè)量誤差之后,我們通過(guò)比較圖1中樣本星觀測(cè)豐度模式的差異或相似性分析其蘊(yùn)含的豐度線索.

由圖1可以看出,CS 30301–015元素豐度模式與CEMP-s雙星的平均觀測(cè)豐度模式相近,這說(shuō)明CS 30301–015與CEMP-s雙星的中子俘獲元素可能有相似的天體物理來(lái)源,即CS 30301–015的中子俘獲元素可能也是主要來(lái)自于主要s-過(guò)程.Abate等[40]在2015年研究了CEMP-s雙星系統(tǒng)的物質(zhì)交流和小質(zhì)量AGB (Asymptotic Giant Branch)星的核合成過(guò)程.基于雙星演化和核合成模型,他們提出AGB星產(chǎn)物貢獻(xiàn)占主導(dǎo)的CEMP-s星輕s-過(guò)程元素與重s-過(guò)程元素的豐度比[ls/hs]<0,其中l(wèi)s采用Sr、Y和Zr的平均豐度,hs采用Ba、La和Ce的平均豐度.由于CS 30301–015沒(méi)有Zr的觀測(cè)豐度,因此針對(duì)此樣本星,我們用Sr和Y的平均豐度代表ls,Ba和La的平均豐度代表hs.在此情況下,CS 30301–015的[ls/hs]=?0.85 (<0).這些豐度模式特征意味著CS 30301–015的中子俘獲元素可能主要來(lái)自主要s-過(guò)程.基于以上分析,我們考慮用主要r-過(guò)程、弱r-過(guò)程和主要s-過(guò)程的疊加擬合CS 30301–015中子俘獲元素的觀測(cè)豐度.

對(duì)于HE 1045+0226,重中子俘獲元素Ba、La、Nd和Eu的[X/Fe]比CEMP-s雙星的平均[X/Fe]分別低約0.41、0.52、0.60和0.43 dex,而輕中子俘獲元素Y和Zr的[X/Fe]比CEMP-s雙星的平均[X/Fe]分別高約0.51和0.50 dex,這意味著,與CEMP-s雙星相比,HE 1045+0226的中子俘獲元素可能有不同的天體物理來(lái)源.基于快速自轉(zhuǎn)大質(zhì)量星的primary弱s-過(guò)程產(chǎn)量模型,Choplin等[29]提出primary弱s-過(guò)程貢獻(xiàn)占主導(dǎo)的CEMPs星的[ls/hs] ?0.基于凱克望遠(yuǎn)鏡的高分辨率中階梯光柵分光儀(High Resolution Echelle Spectrometer at the Keck telescope,HIRES/Keck)觀測(cè)和Sr II的波長(zhǎng)分別為4077 ?A和4215 ?A的吸收線,Cohen等[35]沒(méi)有測(cè)定HE 1045+0226的Sr元素豐度.Cohen等[37]在測(cè)定由HIRES/Keck觀測(cè)的16顆C星元素豐度時(shí)指出,他們的很多樣本星僅使用波長(zhǎng)為4077 ?A的吸收線測(cè)定Sr II豐度,而波長(zhǎng)為4215 ?A的吸收線經(jīng)常被CN分子吸收線混合.Cohen等[41]在測(cè)定由HIRES/Keck觀測(cè)的8顆天龍座矮橢球星系中的貧金屬星元素豐度時(shí)指出,測(cè)定Sr II豐度使用的兩條吸收線波長(zhǎng)(4077 ?A和4215 ?A)均在藍(lán)端,而觀測(cè)譜線在藍(lán)端的信噪比很低.因此針對(duì)此樣本星,我們用Y和Zr的平均豐度代表ls、Ba和La的平均豐度代表hs.在此情況下,HE 1045+0226的[ls/hs]=0.3 (>0).因此我們考慮用主要r-過(guò)程、弱r-過(guò)程、主要s-過(guò)程和快速自轉(zhuǎn)大質(zhì)量星的primary弱s-過(guò)程的疊加擬合HE 1045+0226中子俘獲元素的觀測(cè)豐度.

3 兩顆樣本星化學(xué)元素的天體物理來(lái)源研究

恒星的化學(xué)元素豐度反映了多個(gè)核合成過(guò)程的共同貢獻(xiàn),因此分解一顆恒星的元素豐度能夠詳細(xì)地分析其背后蘊(yùn)含的物理信息[18].基于第2節(jié)的豐度線索,我們采用豐度疊加與分解的方法,分別計(jì)算不同核合成過(guò)程對(duì)這兩顆CEMP-s星元素豐度的相對(duì)貢獻(xiàn)及相應(yīng)核合成過(guò)程的豐度分量,進(jìn)而探究這兩顆CEMP-s星中子俘獲元素的天體物理來(lái)源.

3.1 CS 30301–015

由第2節(jié)得到的關(guān)于CS 30301–015化學(xué)元素天體物理來(lái)源的線索,此樣本星的中子俘獲元素豐度可能包含主要r-過(guò)程、弱r-過(guò)程和主要s-過(guò)程的貢獻(xiàn).將輕元素、Fe族元素和中子俘獲元素聯(lián)立起來(lái)研究,此樣本星某一元素X的豐度可以用以下公式計(jì)算:

其中ε(X)r,m、ε(X)pri和ε(X)s,m分別代表主要r-過(guò)程、primary過(guò)程和主要s-過(guò)程的分量底數(shù),Cr,m、Cpri和Cs,m代表相應(yīng)的分量系數(shù),這些分量系數(shù)可以揭示相應(yīng)核合成過(guò)程的相對(duì)貢獻(xiàn).其中,ε(X)pri包括輕元素、Fe族元素和弱r-過(guò)程元素的豐度.在貧金屬環(huán)境下,盡管輕元素、Fe族元素和弱r-過(guò)程元素的產(chǎn)生場(chǎng)所不同,但它們都是由相似的天體物理事件(前身星質(zhì)量M >10M⊙的II型超新星爆炸[8])拋到宇宙空間,從而對(duì)氣體云產(chǎn)生貢獻(xiàn),且它們的產(chǎn)量都具有primary特性,因此可以把這些元素合并為1個(gè)分量:primary分量[17].但大質(zhì)量星內(nèi)部核合成的產(chǎn)物中一些奇Z(質(zhì)子數(shù))元素(如Na和Al)的產(chǎn)量隨恒星金屬豐度升高呈升高趨勢(shì),因此我們?cè)跀M合樣本星的觀測(cè)豐度時(shí)忽略奇Z元素Na和Al豐度[42].ε(X)r,m和ε(X)pri取自文獻(xiàn)[17];ε(X)s,m取自Bisterzo等[43]給出的主要s-過(guò)程產(chǎn)量(其中的AGB星模型參數(shù)如下:初始質(zhì)量=1.5M⊙、[Fe/H]=?2.6、13C袋效率(13C-pockets efficiency)為標(biāo)準(zhǔn)模型的1/6,即ST/6),已將其歸算到Arlandini等[15]給出的太陽(yáng)中Ba元素的主要s-過(guò)程豐度;弱s-過(guò)程分量底數(shù)ε(X)s,w取自文獻(xiàn)[7,42].

計(jì)算豐度與觀測(cè)豐度之間的差值用χ2表示:

其中,lgε(X)obs和lgε(X)cal分別代表某一元素X的觀測(cè)豐度和計(jì)算豐度,?lgε(X)obs代表觀測(cè)誤差,K代表擬合所用的元素個(gè)數(shù),Kfree代表自由參數(shù)的個(gè)數(shù).通過(guò)尋找最佳擬合(即χ2最小)的方法得到計(jì)算豐度.如果樣本星的觀測(cè)豐度都能夠被計(jì)算豐度很好擬合,則樣本星的觀測(cè)元素來(lái)源于哪些核合成過(guò)程以及相應(yīng)核合成過(guò)程的相對(duì)貢獻(xiàn)比例就可以確定.

樣本星CS 30301–015的觀測(cè)豐度和計(jì)算豐度的最佳擬合結(jié)果在圖2中給出.由于分量系數(shù)由觀測(cè)豐度約束,計(jì)算誤差通過(guò)觀測(cè)誤差的平均值得到(≈0.18 dex),并在圖中用虛線表示.圖2表明,此樣本星大多數(shù)元素的計(jì)算豐度很好地?cái)M合了觀測(cè)豐度,且擬合誤差在觀測(cè)誤差范圍內(nèi)(除了Ba豐度).由分解結(jié)果可以看出,CS 30301–015的元素豐度模式可以被主要r-過(guò)程、primary過(guò)程和主要s-過(guò)程的共同貢獻(xiàn)所解釋.

為了進(jìn)一步分析以上3種核合成過(guò)程對(duì)CS 30301–015元素豐度的相對(duì)貢獻(xiàn),我們計(jì)算了此樣本星不同元素的分量豐度,計(jì)算結(jié)果如圖3所示.從圖中可以看出,對(duì)于CS 30301–015的輕元素和Fe族元素豐度,primary分量豐度顯著高于主要r-過(guò)程和主要s-過(guò)程分量豐度.這說(shuō)明CS 30301–015的輕元素和Fe族元素豐度主要來(lái)自大質(zhì)量星的primary過(guò)程.對(duì)于中子俘獲元素豐度,主要s-過(guò)程分量豐度顯著大于主要r-過(guò)程和弱r-過(guò)程分量豐度.這說(shuō)明CS 30301–015中子俘獲元素的主要天體物理來(lái)源是主要s-過(guò)程,即CS 30301–015的中子俘獲元素主要來(lái)自AGB星產(chǎn)物的污染.進(jìn)一步確定這些主要s-過(guò)程產(chǎn)物究竟來(lái)自樣本星形成時(shí)的氣體云還是其伴星的物質(zhì)交流(即此樣本星是否確為單星)需要更多的視向速度觀測(cè).

由觀測(cè)豐度可知,CS 30301–015的Pb顯著超豐([Pb/Fe]=1.7).Choplin等[29]用primary弱s-過(guò)程理論模型無(wú)法解釋這一豐度特征.由圖2擬合結(jié)果可以看出,我們對(duì)于此樣本星中Pb的計(jì)算豐度很好地?cái)M合了觀測(cè)豐度.由圖3中Pb的各分量豐度可知,主要s-過(guò)程對(duì)此樣本星Pb的貢獻(xiàn)達(dá)到約99.8%,顯著大于主要r-過(guò)程和弱r-過(guò)程的貢獻(xiàn).因此,CS 30301–015的Pb超豐現(xiàn)象應(yīng)該主要?dú)w因于主要s-過(guò)程的貢獻(xiàn).

3.2 HE 1045+0226

由第2節(jié)得到的關(guān)于HE 1045+0226化學(xué)元素天體物理來(lái)源的線索,我們?cè)?1)式主要r-過(guò)程、primary過(guò)程和主要s-過(guò)程分量的基礎(chǔ)上疊加快速自轉(zhuǎn)大質(zhì)量星的primary弱s-過(guò)程分量擬合此樣本星的觀測(cè)豐度.因此,樣本星某一元素X的豐度用以下公式計(jì)算:

式中ε(X)s,w代表primary弱s-過(guò)程的分量底數(shù),Cs,w代表相應(yīng)的分量系數(shù).其中ε(X)r,m和ε(X)pri取自文獻(xiàn)[17],ε(X)s,m取自文獻(xiàn)[8]和[15],ε(X)s,w取自Choplin等[30]給出的快速自轉(zhuǎn)大質(zhì)量星中的primary弱s-過(guò)程產(chǎn)量(模型25s7B),已將其歸算到Raiteri等[7]給出的太陽(yáng)中Sr的弱s-過(guò)程豐度.利用(2)–(3)式,樣本星HE 1045+0226的觀測(cè)豐度和計(jì)算豐度的最佳擬合結(jié)果在圖4中給出.計(jì)算誤差通過(guò)觀測(cè)誤差的平均值得到(≈0.16 dex),并在圖中用虛線表示.圖4表明,此樣本星的計(jì)算豐度很好地?cái)M合了觀測(cè)豐度,且元素的擬合誤差均在觀測(cè)誤差范圍內(nèi).從分解結(jié)果可以看出,HE 1045+0226的元素豐度模式可以被主要r-過(guò)程、primary過(guò)程、主要s-過(guò)程和快速自轉(zhuǎn)大質(zhì)量星中的primary弱s-過(guò)程的共同貢獻(xiàn)所解釋.

為了進(jìn)一步分析以上4個(gè)核合成過(guò)程對(duì)HE 1045+0226元素豐度的相對(duì)貢獻(xiàn),我們計(jì)算了HE 1045+0226的分量豐度.計(jì)算結(jié)果如圖5所示.由計(jì)算結(jié)果可知,對(duì)于輕元素和Fe族元素,primary分量豐度顯著高于主要r-過(guò)程、主要s-過(guò)程和primary弱s-過(guò)程分量豐度.這說(shuō)明HE 1045+0226的輕元素和Fe族元素主要來(lái)自大質(zhì)量星的primary過(guò)程.對(duì)于重中子俘獲元素Ba、La、Pr和Nd,主要s-過(guò)程的貢獻(xiàn)顯著大于主要r-過(guò)程、弱r-過(guò)程和primary弱s-過(guò)程,這說(shuō)明這些重中子俘獲元素主要來(lái)自主要s-過(guò)程;對(duì)于Eu元素,主要r-過(guò)程的貢獻(xiàn)最大,這意味Eu主要來(lái)自主要r-過(guò)程.而對(duì)于輕中子俘獲元素Y和Zr,primary弱s-過(guò)程分量豐度顯著高于主要r-過(guò)程、弱r-過(guò)程和主要s-過(guò)程分量豐度.這說(shuō)明HE 1045+0226的Y和Zr相對(duì)于Ba和La的顯著超豐應(yīng)主要?dú)w因于快速自轉(zhuǎn)大質(zhì)量星的primary弱s-過(guò)程貢獻(xiàn).這一核合成過(guò)程對(duì)Y和Zr豐度的貢獻(xiàn)分別約為69.8%和67.6%.基于以上分析,我們認(rèn)為HE 1045+0226可能形成于被快速自轉(zhuǎn)大質(zhì)量星的primary弱s-過(guò)程產(chǎn)物污染后的氣體云中.

2012年以來(lái),Frischknecht等[9–10]和Choplin等[29–30]多個(gè)工作從理論的角度提出快速自轉(zhuǎn)大質(zhì)量星中能夠發(fā)生primary弱s-過(guò)程.Yang等[44]通過(guò)研究CEMP-no星ET 0097中子俘獲元素的天體物理來(lái)源,從觀測(cè)的角度證明弱s-過(guò)程能夠在貧金屬環(huán)境下發(fā)生.本工作通過(guò)對(duì)CEMP-s視單星HE 1045+0226中子俘獲元素的天體物理來(lái)源研究為貧金屬星環(huán)境下能夠發(fā)生弱s-過(guò)程提供又一觀測(cè)證據(jù).

4 結(jié)論與討論

通常情況下,CEMP-s星被認(rèn)為處于雙星系統(tǒng),其超豐的s-過(guò)程元素來(lái)自其經(jīng)歷了漸近巨星支階段的白矮星伴星.但有一些CEMP-s星被視向速度觀測(cè)認(rèn)定為單星.由于貧金屬星的元素豐度特征一般是多個(gè)核合成過(guò)程產(chǎn)物累積的結(jié)果,因此定量計(jì)算不同核合成過(guò)程對(duì)CEMP-s星元素豐度的貢獻(xiàn)能夠更準(zhǔn)確地探究CEMP-s星化學(xué)元素的天體物理來(lái)源.我們利用疊加與分解的方法分析兩顆CEMP-s視單星CS 30301–015和HE 1045+0226的元素豐度特征,探究了其不同元素的天體物理來(lái)源.主要結(jié)論及討論如下:

(1)CS 30301–015的元素豐度模式可以被主要r-過(guò)程、primary過(guò)程和主要s-過(guò)程的共同貢獻(xiàn)所解釋.通過(guò)計(jì)算此樣本星元素的分量豐度得出,CS 30301–015的輕元素和Fe族元素豐度主要產(chǎn)生于大質(zhì)量星的primary過(guò)程;中子俘獲元素主要來(lái)自主要s-過(guò)程.這意味著CS 30301–015的中子俘獲元素主要來(lái)自AGB星產(chǎn)物的污染.因此需要更多的視向速度觀測(cè)進(jìn)一步確定這些主要s-過(guò)程產(chǎn)物來(lái)自樣本星形成時(shí)的氣體云還是與其伴星的物質(zhì)交流.另外,觀測(cè)豐度顯示CS 30301–015的Pb顯著超豐.由計(jì)算結(jié)果可知,主要s-過(guò)程對(duì)Pb豐度的貢獻(xiàn)達(dá)到約99.8%,顯著大于主要r-過(guò)程和主要s-過(guò)程.因此,CS 30301–015的Pb超豐現(xiàn)象應(yīng)該主要?dú)w因于主要s-過(guò)程的貢獻(xiàn);

(2)HE 1045+0226的元素豐度模式可以被主要r-過(guò)程、primary過(guò)程、主要s-過(guò)程和快速自轉(zhuǎn)大質(zhì)量星的primary弱s-過(guò)程的共同貢獻(xiàn)所解釋.通過(guò)計(jì)算HE 1045+0226的分量豐度得出,HE 1045+0226的輕元素和Fe族元素主要來(lái)自大質(zhì)量星的primary過(guò)程;重中子俘獲元素Ba、La、Pr和Nd主要來(lái)自主要s-過(guò)程;Eu元素主要來(lái)自主要r-過(guò)程.而輕中子俘獲元素Y和Zr相對(duì)于重中子俘獲元素Ba和La的顯著超豐應(yīng)主要?dú)w因于快速自轉(zhuǎn)大質(zhì)量星的primary弱s-過(guò)程貢獻(xiàn),這一核合成過(guò)程對(duì)Y和Zr豐度的貢獻(xiàn)分別約為69.8%和67.6%.因此,我們認(rèn)為HE 1045+0226可能形成于被快速自轉(zhuǎn)大質(zhì)量星的primary弱s-過(guò)程產(chǎn)物污染后的氣體云中;

(3)通常情況下,由于22Ne(α,n)25Mg中子源具有secondary特性,弱s-過(guò)程對(duì)[Fe/H]

(4)在貧金屬星s-過(guò)程元素增豐機(jī)制的研究中,[ls/hs]被視為重要的豐度模式特征.Abate等[40]建立的“AGB星模型”預(yù)測(cè)AGB星產(chǎn)物貢獻(xiàn)占主導(dǎo)的CEMP-s星的[ls/hs]<0.觀測(cè)豐度顯示,CS 30301–015的[ls/hs]=?0.85 (<0),我們通過(guò)對(duì)CS 30301–015元素豐度分解得到其中子俘獲元素主要來(lái)自AGB星產(chǎn)物污染的結(jié)論.此外,Choplin等[29]建立的“自轉(zhuǎn)星模型”預(yù)測(cè)primary弱s-過(guò)程貢獻(xiàn)占主導(dǎo)的CEMP-s星的[ls/hs] ?0.觀測(cè)豐度顯示,HE 1045+0226的[ls/hs]=0.3 (>0),我們通過(guò)分解計(jì)算得到其輕中子俘獲元素Y和Zr相對(duì)于重中子俘獲元素Ba和La的超豐應(yīng)主要?dú)w因于快速自轉(zhuǎn)大質(zhì)量星貢獻(xiàn)的結(jié)論.因此,在CEMP-s星中子俘獲元素的天體物理來(lái)源研究中,本工作從觀測(cè)角度驗(yàn)證了將[ls/hs]作為理論模型選擇依據(jù)的可靠性.

我們希望本工作對(duì)兩顆CEMP-s星CS 30301–015和HE 1045+0226觀測(cè)豐度的分解計(jì)算能夠?yàn)檫M(jìn)一步分析CEMP-s星的形成機(jī)制提供有意義的線索.若要得到這兩顆以及更多CEMP-s星的物理和化學(xué)信息還需要更多的觀測(cè)數(shù)據(jù)支持.

致謝感謝審稿人對(duì)文章提出的寶貴建議,使得文章質(zhì)量有了顯著提高.感謝石家莊學(xué)院物理系韓萬(wàn)強(qiáng)副教授的幫助.