Zinc abundances of stars in the Milky Way

Abstract

In this work we study the spectra of 423 stars in the Milky Way disk in order to determine their zinc abundances. The methodology to determine elemental abundances consists of synthesising sets of spectra with varying zinc abundances and comparing them with the observed spectra to find the best fit. The aim of the project was to compare the spectra syn- thesis method used here to Bensby et al. (2014) where zinc abundances were determined for the same sample of stars using equivalent width measurements. The resulting abundances show a near zero [Zn/Fe] ratio with a slightly higher ratio in the −1.3 < [Fe/H] < −0.2 in- terval. The spread in [Zn/Fe] ratios was not reduced compared to Bensby et al. (2014) and no improvement was observed from the spectra synthesis methodology. This shows that the relatively large scatter in [Zn/Fe] could be intrinsic and not due to the analysis meth- ods. Furthermore, the results support the idea of core collapse supernova being the main contributor to interstellar zinc while type Ia supernova account for a minor contribution.

Popular Abstract (Swedish)

Modeller som beskriver a¨mnesyntesen i stja¨rnor och supernovor har haft begra¨nsad framg˚ang med att f¨orklara de observerade halterna i stja¨rnor. Dessa modeller a¨r inkonsekventa f¨or olika grund¨amnen och det saknas en komplett bild o¨ver den a¨mnesberikningen som sker i v˚art universum. Syntes av ¨amnen i stj¨arnor beror p˚a m˚anga faktorer som ursprunglig kemiska sam- mansa¨ttning hos stja¨rnan, tillga¨nglig energi, stja¨rnans massa, etc. som tillsammans leder till olika ka¨rnprocesser och slutgiltigt o¨de hos stj¨arnan. Vissa stj¨arnor berikar med mycket zink relativt j¨arn medans andra berikar med lite zink relativt ja¨rn. Berikningshistorien som leder upp till bildningen av en viss stj¨arna besta¨mmer allts˚a zink/ja¨rn-kvoten. En viss pop- ulation av stj¨arnor f¨orva¨ntas da¨rfo¨r ha en viss zink/j¨arn-kvot enligt a¨mnessyntesteorier. I detta projekt testar vi hur bra detta st¨ammer. Spektroskopi a¨r en av de fr¨amsta verktygen vi har fo¨r att studera himlakroppar. I ett spektrum kan man finna information om en stor m¨angd egenskaper hos ka¨llan. Till exempel p˚averkas spektrat av fysiska egenskaper som temperatur, relativ hastighet, gravitation, etc. men det a¨r ¨aven ett sorts fingeravtryck f¨or den kemiska sammansa¨ttningen hos objektet. I det ha¨r arbetet besta¨mde vi zinkhalter fo¨r en ma¨ngd stj¨arnor i Vintergatans disk f¨or att underso¨ka hur zinkhalten fo¨rh˚aller sig till ja¨rnhalten i stj¨arnor. Med denna information kan vi testa de teoretiska modelerna fo¨r zinksyntes i olika typer av stj¨arnor och p˚a s˚a s¨att f˚a en b¨attre uppfattning om zinks ursprung. En va¨ldefinierad trend f¨or zink i fo¨rh˚allande till j¨arn kan a¨ven vara anv¨andbart fo¨r att uppskatta ja¨rnhalter hos mycket avl¨agsna objekt. Detta a¨r p˚a grund av sv˚arigheten att direkt besta¨mma dessa j¨arnhalter eftersom de spek- trallinjerna som normalt s¨att anv¨ands fo¨r detta absorberas av det intergalaktiska mediet. Spektrallinjerna som anv¨ands fo¨r att best¨amma zinkhalter lider inte lika mycket av detta fenomen vilket go¨r det mer praktiskt att anv¨anda zink fo¨r att besta¨mma ja¨rnhalten i dessa objekt. Fo¨r att best¨amma zinkhalterna syntetiserades spektra med varierande zinkhalt som sedan j¨amfo¨rdes med de observerade spektra. Det syntetiska spektrum som passar b¨ast best¨ammer d˚a zinkhalten hos stj¨arnan. Detta gjordes fo¨r 423 olika stj¨arnor i Vintergatans tjocka och tunna disk. Resultaten visar ingen ma¨rkbar reducering i spridningen av zinkhalter j¨amf¨ort med halterna fr˚an Bensby et al. (2014). Detta tyder p˚a att metoden inte a¨r b¨attre a¨n den som anva¨ndes av Bensby et al. (2014) p˚a att besta¨mma zinkhalter. Det a¨r inte sa¨kert om denna spridningen i zink halter beror p˚a problem med metoderna som har anva¨nts eller om det a¨r p˚a grund av en verklig spridning i halterna. Resultaten st¨oder hypotesen att det framfo¨rallt ¨ar typ II supernovor, dvs kollaps av massiva stja¨rnor som st˚ar fo¨r zinkberikningen i universum. Typ Ia supernovor, orsakade av l˚a g massiva stja¨rnor, producerar fo¨rmodligen fo¨rsummbara m¨angder av zink j¨amfo¨rt med ja¨rn. Detta leder till en minskning av zink i f¨orh˚allande till ja¨rn ju mer metallrik ett objekt a¨r eftersom denna typ av supernova sker mer i metallrika stja¨rnor. Om det ¨ar la¨mpligt att anva¨nda zinc som ett surrogata¨mne till j¨arn vid besta¨mningen av ja¨rnhalter beror p˚a den ¨onskade precisionen. Standardavvikelsen av Zn/Fe kvoten ¨ar
0.12 dex vilket fungerar som ett m˚att p˚a det fo¨rva¨ntade felet vid best¨amning av j¨arnhalter med denna metoden.

• author: Haase, Max
• supervisor: Thomas Bensby
• organization: Lund Observatory - Undergoing reorganization
• course: ASTK02 20151
• year: 2015
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Physics and Astronomy
• keywords: zinc abundances
• publication/series: Lund Observatory Examensarbeten
• report number: 2015-EXA96
• language: English
• id: 7356770
• date added to LUP: 2015-06-22 12:30:56
• date last changed: 2015-06-22 12:30:56