Water in stellar atmospheres? "Is a novel picture required to explain the atmospheric behavior of water in red giant stars?"

Abstract

Water has been found to be an important molecule in stellar atmospheres of as hot stars as red (super)giant stars with a stellar class as early as K. Former model photospheres of these stars did not allow water to be present and although the presence of water has been proven countless times, no
satisfactory explanation has yet been found. The subject is a hot field of research and is currently based on two different explanations. The first explanation is based on the assumption of a giant molecular sphere that encloses the classical stellar atmosphere, and the second is based on the
assumption that found disagreements to former model atmospheres may be explained by correcting these classical model photosphere and also to take non-local thermodynamic equilibrium effects into account.
In this project, in order to deepen the knowledge of classical model photospheres, investigations of classical MARCS-model have been performed. These investigations have found that the effective temperature-dependence of relative gas pressure of water does not face some critical value but
gently decreases with higher temperature. Relating this with synthetic spectra, the effective temperature for when the water lines disappear, was found to be 4000K, 4200K, 4400K, for a surface gravity of log g = 1, log g = 2 and log g = 3, respectively. Restrictions for the effective temperature and surface gravity certain stars should possess in order to be suitable for observationally testing the MARCS-models is presented.

Abstract (Swedish)

Sedan 1960 talet har det visat sig att atmosfärer hos de största stjärngiganterna i vår galax, nämligen röda jättar och superjättar av spektralklass mellan K och M, påvisar starka bevis av att innehålla
vattenånga. Detta var på 60-talet helt obegripligt då de enda stjärnatmosfärer som förutsågs kunna innehålla och hålla kvar vattenånga var av kallare karaktär. Sedan de första spektroskopiska detektionerna av vatten erhölls har denna gåta levt kvar och först de senaste två årtiondena har
forskningen tagit seriös fart. En del förklaringar har framförts, den kanske mest spektakulära förklaringen involverar ny tjock molekylär atmosfärisk komponent som ligger som ett hölje kring den klassiska stjärnatmosfären. Denna teori är dessvärre baserad på allt mer föråldrad data med låg
spektroskopisk upplösning och allt eftersom ny, mer högupplöst data erhålls, börjar teorin stöta på problem. Nya förklaringar som baseras på att justera klassiska atmosfärsmodeller börjar mer och mer knuffa ner förklaringen baserad på det molekylära höljet från tronen som bästa förklaring. Däremot har nya upptäckter gjorts som tyder på att det trots allt verkar finnas någonting väldigt stort kring vissa stjärnor som onekligen får tankarna att gå tillbaka till den molekylära sfären. Forskningen ligger nu mellan två förslag som utan tvivel båda har grund att stå på och för att fortsättningsvis utföra en effektiv forskning inom detta ämne, bör en god förståelse för båda förslagen finnas som grund för forskningen. Denna artikel kommer innefatta en genomgång av de båda utgångspunkterna, samt innefatta en grundlig undersökning av klassiska atmosfärsmodeller för att utvärdera vad de faktiskt antyder och hur de kan förbättras.

• author: Andersson, Jonas
• supervisor: Nils Ryde
• organization: Lund Observatory - Undergoing reorganization; Department of Astronomy and Theoretical Physics - Undergoing reorganization
• course: ASTK01 20121
• year: 2012
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Physics and Astronomy
• publication/series: Lund Observatory Examensarbeten
• report number: 2012-EXA67
• language: English
• id: 2969749
• date added to LUP: 2012-08-09 16:21:04
• date last changed: 2012-08-09 16:21:04