Ionisiertes Silicium (Si II) in hellen Überriesen

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Von Adams und Joy wurde bereits 1925 ein intensives Doublet von ionisiertem Silicium in den Spektren von Rigel und Deneb beschrieben:

Enhanced Silicon Lines in Some Stellar Spectra

Dieses auffällige Si II-Doublet lässt sich schon bei moderater Auflösung von ca. 500 mit einem Star Analyser Grism in den Spektren dieser hellen Überriesen nachweisen:

Folie1.JPG


Rosendhal konnte 1974 zeigen, dass dieses Doublet als Leuchtkraftindikator für späte B- und frühe A-Überriesen herangezogen werden kann:

A Note on the Use of the Strength of the SI II Doublet AA6347,6371 as a Luminosity Indicator in B9-A2 Supergiants

Bei einer effektiven Temperatur von ca. 10.000 K zeigt Si II eine maximale Linienstärke (in heißeren B-Sternen wird Si II zum Si III ionisiert und in kühleren A-Sternen reicht die Temperatur zur Anregung des Si II-Doublets nicht mehr aus):

Folie3.JPG


Den positiven Leuchtkrafteffekt erklärt Rosendhal durch die hohe Mikroturbulenz in der Photosphäre von Überriesen. Diese Mikroturbulenz (in der unteren Formel mit dem griech. Buchstaben "Zeta" abgekürzt) verbreitert den Dopplerkern der gesättigten Si II-Linien und führt zu einer größeren Äquivalenzbreite:

Folie6.JPG


Die Sättigung des Si II-Doublets lässt sich über das Intensitätsverhältnis der Linien ableiten, welches bei nicht gesättigten Linien bei ca. 2:1 liegen sollte (4s - 4p Übergang):

Folie2.JPG


Tatsächlich liegt ein 1:1-Verhältnis vor. Wir befinden und also im flachen Teil der Wachstumskurve. Die Mikroturbulenz für hier zu einer größeren Äquivalenzbreite und zum oben beschriebenen positiven Leuchtkrafteffekt:


Folie5.JPG


In ganz ähnlicher Weise lässt sich für Überriesen die Stärke der O I-Linie im nahen Infrarot bei 7774 Angström erklären.

Nach neueren Studien lassen sich die Leuchtkrafteffekte aber auch durch non-LTE-Modelle erklären (non-local thermodynamic equilibrium), die wesentlich kleinere Mikroturbulenzen ergeben:

Quantitative spectroscopy of B-type supergiants

Für das Verständnis von non-LTE-Modellen reichen meine Kenntnisse in Astrophysik aber bei Weitem nicht aus ......

Beste Grüsse

Matthias
 
Im Hyperriesen P Cygni sind die Si II-Linien interessanterweise in Emission zu beobachten und entstehen in der expandierenden heißen Hülle des Sterns:

Folie7.jpg

In der Hülle von P Cygni wird ebenfalls das Si II-Doublet um 5978 Angström angeregt (Multiplet Nr. 4). Die Intensitätsverhältnisse für beide Doublets betragen 2:1 und entsprechen damit den erwarteten Verhältnissen für optisch dünne Verhältnisse (also ungesättigte Linien). Tatsächlich zeigen hochaufgelöste Spektren von P Cygni, dass die sehr breiten Si II-Linien im terminalen Bereich der Hülle bei hohen Abströmungsgeschwindigkeiten um 240 km/s durch Bowen-Fluoreszenzanregung (Lyman-Photonen) gebildet werden:

An analysis of emission lines in the spectrum of P Cygni.

Beide Doublets sind allerdings mit kleineren N II- und Fe III-Linien überlagert:

Long-term spectroscopic monitoring of P Cygni-type stars. I - Spectral atlas of P Cygni

Beste Grüsse

Matthias
 
Hier zum Abschluss ein Vergleich von Deneb mit dem jetzt gut beobachtbaren Überriesen eta Leonis, der ein Leuchtkraftklasse unterhalb von Deneb steht (A2 Ia versus A0 1b):

8.jpg


Die geringere Leuchtkraft von eta Leonis lässt sich gut durch die gegenüber Deneb leicht druckverbreiterten Balmer- und Paschen-Linien belegen (Stark-Effekt):

An atlas of the infrared spectral region. I. The early type stars (O-G0).


9.jpg

Beste Grüsse

Matthias
 
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