金属丰度对中子俘获过程影响的元素丰度分解研究

The research on the chemical abundances of stars with various metallicities could give us further understanding of the important astrophysical issues about neutron-capture nucleosynthesis and the Galactic chemical evolution. In this project, based on the comprehensive analysis and comparison, we will make detailed classification of the observational abundances (including the abundances of light elements, iron group elements and neutron-capture elements) of stars with various metallicities (including the globular cluster stars), in order to extract more physical information tightly related to the s-process and r-process nucleosynthesis. Through analyzing the abundances of neutron-capture elements together with light elements and iron group elements, we can obtain the abundance curves, including the neutron-capture elements and the light elements ejected with them, of individual neutron-capture process. We will set up the complete model of four components (the main s-, weak s-, main r- and weak r-process) and sequentially determine the relative contribution from individual neutron-capture process to the element abundances of the stars with various metallicities, which can promote us to better understand the effect of metallicity to each neutron-capture process and solve some important problems about neutron-capture nucleosynthesis and the Galactic chemical evolution. Through quantitative decomposition of the element abundances for the stars in nearby dwarf galaxies, our work would provide the more constraints to the theories of stellar formation histories, the nucleosynthesis characteristics and galaxy chemical evolution.

对大量不同金属丰度恒星的化学丰度研究，可加深对中子俘获核合成过程与星系化学演化的一系列天体物理重要前沿问题的理解。本项目将对各种金属丰度的恒星（包括球状星团恒星）丰度观测资料（包括轻元素、铁族元素及中子俘获元素）进行细致分类，全面分析比较，从中提取更多与s-过程和r-过程核合成密切相关的物理信息。将中子俘获元素丰度分析与轻元素、铁族元素丰度分析有机结合起来，得到与各中子俘获过程对应、包括中子俘获元素及伴随抛出元素在内的元素丰度分布曲线，建立恒星中子俘获元素丰度的四分量（主要s-、弱s-、主要r-和弱r-过程）完备模型，确定银河系中各类恒星丰度中不同中子俘获过程相对贡献，从而加深金属丰度对各个中子俘获核合成过程影响的理解，解决一些关于中子俘获元素核合成及星系化学演化的重要问题。将近邻矮星系恒星元素丰度定量分解，为近邻矮星系恒星形成历史、恒星内部核合成特征和化学演化的研究提供更多约束。

根据主要r-过程星CS 22892-052、CS 31082-001和弱r-过程星HD 122563、HD 88609的观测丰度，采用迭代的方法得到了主要r-过程和弱r-过程分量的丰度分布并将弱r-过程分量的丰度分布推广到了轻元素和铁族元素（II型超新星伴随抛出物）。利用“低Sr星”BD-18 5550的观测丰度，得到了P分量的丰度分布。贫金属星流恒星与晕星的弱r-过程分量几乎相同，说明它们有相似的天体物理来源。而主要r-过程分量的增长趋势意味着主要r-过程的前身星质量小于弱r-过程的前身星质量。.采用元素丰度分解的方法，发现HD 140283是一颗weak r-过程星。将6颗weak r-过程星的丰度进行比较，发现weak r-过程星的丰度分布具有很强的一致性。将6颗极端main r-过程星的丰度并进行比较，发现不仅重中子俘获元素丰度分布具有一致性，轻中子俘获元素丰度分布也具有很强的一致性。将这两类恒星的轻元素丰度与已有的大质量星的产量计算结果比较，发现弱r-过程的前身星的质量范围约为11－26M⊙。利用已发表的大质量星铁族元素的产量作为桥梁，得到了弱r-过程元素产量随前身星质量的变化规律。.基于新得到的主要r-过程和弱r-过程元素丰度分布（primary 分量），建立了恒星中子俘获元素丰度的四分量（s-主要、s-弱、r-主要过程和r-弱过程）模型。对天炉座矮星系的丰度进行定量分解，发现了矮星系初始质量函数“bottom-heavy”的重要证据。采用元素丰度分解的方法研究了球状星团 Palomar 1中元素的丰度，发现了Palomar 1的前身系统的初始质量函数“top-light”的证据。.历史上，锗元素被认为是中子俘获元素。通过贫金属星锗丰度与大质量星primary产量的比较，发现贫金属星锗丰度主要来自r-过程核合成。进一步研究发现，太阳系中锗元素仅有约59％来自中子俘获过程，这说明锗不是一个纯中子俘获元素。在太阳的锗元素中，大约41％来自大质量星的secondary过程。ET0097是在Sculptor矮星系中发现的第一颗C增丰贫金属星（CEMP），且观测到的这颗C星的较轻中子俘获元素超丰。我们发现其较轻中子俘获元素Sr,Y,Zr主要来自primary weak s-过程。所得结果是贫金属大质量星可以有效产生weak s-过程元素的证据。