Güneş komşuluğundaki G tayf türünden yıldızların gözlemsel bir çalışması: Manyetik alanın varlığı ve yıldız atmosferi üzerine etkisinin araştırılması
An observational study of G type stars in the solar neighborhood: Investigation of the existence of the magnetic field and its effect on the stellar atmosphere
- Tez No: 969025
- Danışmanlar: PROF. DR. TİMUR ŞAHİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Astronomi ve Uzay Bilimleri, Astronomy and Space Sciences
- Anahtar Kelimeler: Atomik soğurma spektroskopi, Yıldız atmosferi, Atomic absorption spectroscopy, Stellar atmosphere
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Akdeniz Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uzay Bilimleri ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Güneş komşuluğundaki yıldızların köken araştırmaları, galaktik evrim modellerinin gelişimine katkı sağlamaktadır. Bu nedenle yıldız atmosfer parametrelerinin hassas belirlenmesi ve/veya metalisite ([Fe/H]) ve α element bolluklarının raporlanması kritik öneme sahiptir. Yerel termodinamik denge (LTE) yaklaşımı altında oluşturulan düzlem-paralel geometriye sahip yıldız atmosfer modelleri, polarize ışık etkilerini ve atmosferik manyetik alan gradyanlarını hesaba katmamaktadır. Bu modellerde, manyetik alan, atmosfer boyunca sabit kabul edilir. Manyetik alana duyarlı geçişlerin simülasyonları, manyetik alan varlığında bireysel element bolluklarında değişimler olduğunu göstermekle birlikte, bu değişimlerin atmosfer parametreleri üzerindeki etkisi literatürde yeterince incelenmemiştir. Bu çalışma kapsamında, TÜBİTAK ARDEB 1001 projesi (121F265) altında Galaktik kökenleri araştırılan 90 G-tayf türü yıldızdan, hem TESS hem de Kepler verisi bulunan üç yıldız (HD 189349, HD 186306, BD+443197) seçilerek yüksek çözünürlüklü (R ∼ 80,000) tayfsal analizler gerçekleştirilmiştir. ESPaDOnS arşiv tayfları kullanılarak yürütülen analizler şu adımları içermektedir: 1D-LTE ko¸sullarında atmosfer parametrelerinin belirlenmesi, element bolluklarının tayini, seçilmiş çizgilerde manyetik alan etkisinin modellenmesi. Çalışmanın temel hedeflerinden biri, Kepler ve TESS fotometrik verileri ile spektroskopik analizler aşamasında Teff ve log g arasındaki mevcut parametrik dejenerasyonun ölçeklendirme bağıntıları yardımıyla kırılmasıdır. Asterosismik analizler, ölçeklendirme bağıntılarında girdi parametresi olarak Teff de˘gerine ihtiyaç duymakta ve bu değerler genellikle fotometrik renk-sıcaklık kalibrasyonlardan türetilmektedir. Bu tez kapsamında, spektroskopik yöntemle belirlenen hassas Teff değerlerinin ölçeklendirme bağıntılarına girdi olarak kullanılmasıyla daha doğru yüzey çekim ivmesi (log g) değerleri elde edilmesi amaçlanmıştır. Ancak log g çözümü için gerekli iki temel sabit olan Güneş'in büyük (∆ν⊙) ve küçük (δν⊙) frekans ayrışım değerlerinin literatürde farklı gruplar tarafından tutarsız rapor edilmesi, iteratif parametre belirleme sürecinde belirsizliklere yol açmaktadır. Bu durum, yıldızların fiziksel doğasının bağımsız olarak tespitinden ziyade, söz konusu sabitlerce zorlanmış (forced) Teff ve log g parametre setlerinin üretilmesi riskini taşımaktadır. Elde edilen bulgular, bu metodolojik döngüselliğin kırılmasına yönelik değerli bir kavrayış sağlamıştır. Manyetik alan etkisinin nicelendirilmesinde Güneş'in spektropolarimetrik verileri referans alınmı ve yüksek çözünürlüklü güneş tayfı kullanılarak seçili atomik tayf çizgilerinde manyetik alanın bolluk hesapları üzerindeki etkisi irdelenmiştir. Güneş tayfı, atomik veri kalite validasyonu için literatürde standart bir laboratuvar işlevi görmekte olup, bu yaklaşım Akdeniz Üniversitesi HRSS Yüksek Çözünürlüklü Yıldız Spektroskopisi Temel Bilim Aratırma Laboratuvarı üyelerinin çalışmalarında başarıyla uygulanmıştır. Aynı tayf analiz yöntemleri, proje kapsamındaki metalce fakir (−2.5 < [Fe/H] < −0.5) 90 G-tayf türü yıldızlara da uygulanmıştır. Bu nedenle, bu tez sonuçları söz konusu yıldızlar için planlanan manyetik alan temelli analizler için öncül bir çalışma niteliği taşımaktadır. Manyetik alanın atmosfer parametreleri üzerindeki etkisini incelemek amacıyla, uyarılma ve iyonizasyon dengesi hesaplarında kullanılan nötral demir (Fe I) geçişleri odak noktası olarak belirlenmiştir. 5000–6000 Å aralığında yer alan manyetik duyarlılığı yüksek (Lande g > 1.9) Fe I geçişleri Güneş tayfında test edilmiş ve örneğin 5225.53, 5247.06, 5250.22, 5506.79, Å dalgaboylarındaki çizgilerin bolluk değerlerinde ∼0.1 dex mertebesinde bir bolluk artışına yol açtığı tespit edilmiştir. Hedef yıldızlarda, hesaplanan bolluk değerlerin gözlenen benzer farklılıklar, bu yıldızlar için manyetik alan etkisinin olmadığı durumda hesaplanmı etkin sıcaklık değerlerindeki düşüşler ile telafi edilebilmiştir: HD 189349 yıldızı için hesaplanan bu düşüş 100 K iken HD 186306 için 30 K ve BD+443197 için 120 K olarak belirlenmiştir. Bu aşamada hesaplanan element bollukları üzerindeki non-LTE etkilerin çizgi bazında hassas bir şekilde arındırılmış olması bir gerekliliktir. Özellikle nötral Fe çizgileri üzerinde sıcaklık düşüşü ile temsiliyet bulan manyetik alan etkisi iyonize Fe geçişleri için de bu kez log g çekim ivmesi değerinde bir değişim ile temsil edilmiştir. Manyetik alan etkisinin irdelenmesi aşamasında en az non-LTE etkiler kadar önemli olan ve hesaplanan bolluk değerleri üzerine etkisinin irdelenmesi gereken bir diğer önemli etki ise konveksiyon etkisidir. Tez kapsamında analiz edilen yıldızlar için konveksiyonun element bollukları üzerindeki etkisinin belirlenmesi için literatürde mevcut her iki reçete de kullanılmıştır (Magic vd. 2015 ve Ludwig vd.1999). Tez kapsamında ayrıca spektropolarimetrik gözlem verisi olmayan yıldızların manyetik alan şiddetinin tespiti için de yeni bir metodoloji geliştirilmiştir. Yıldızlar için hesaplanacak sentetik spektropolarimetrik çizgi profillerinin incelenen yıldız tayflara ilişkin şiddet tayflarının türevleri ile karşılaştırılması incelenen yıldız atmosferi için olası etkin manyetik alan şiddetinin sayısal olarak tahminine imkan tanımaktadır. Tez yıldızları, HD 189349 ve BD+ 443197 dev ve alt dev yıldızları için bu metdoun başarılı bir şekilde uygulanabilir olduğu tespit edilmiştir. Bu kapsamda, HD 189349 yıldızı için tespit edilen manyetik alan şiddet değeri 500 G ve BD + 443197 alt dev yıldızı için tespit edilen manyetik alan şiddeti ise 600 G olarak tespit edilmiştir. Manyetik alan için rapor edilen bu sayısal değerler yüzey manyetik alan şiddet değerlerini temsil etmektedir. Bu sonuçlar ancak yıldızlar için gerçekleştirilecek yüksek hassasiyetli spektropolarimetrik gözlemleri ile doğrulanabilir olacaktır.
Özet (Çeviri)
Studies on the origin of stars in the solar neighborhood contribute to the development of galactic evolution models. Therefore, the precise determination of stellar atmospheric parameters and/or the reporting of metallicity ([Fe/H]) and α-element abundances are of critical importance. Stellar atmosphere models constructed under the local thermodynamic equilibrium (LTE) approximation with plane-parallel geometry do not account for polarized light effects or atmospheric magnetic field gradients. In these models, the magnetic field is assumed to be constant throughout the atmosphere. While simulations of magnetic field-sensitive transitions show variations in individual elemental abundances in the presence of a magnetic field, the effect of these variations on atmospheric parameters has not been sufficiently investigated in the literature. Within the scope of this study, as part of TÜBİTAK ARDEB 1001 project (121F265), three stars (HD 189349, HD 186306, BD+443197) with both TESS and Kepler data were selected from the 90 G-spectral type stars investigated for Galactic origins, and high-resolution (R ∼ 80, 000) spectroscopic analyses were performed. Analyses conducted using ESPaDOnS archive spectra included the following steps: determination of atmospheric parameters under 1D-LTE conditions, determination of elemental abundances, and modeling of the magnetic field effect on selected spectral lines. One of the primary objectives of this study is to break the existing parametric degeneracy between Teff and log g during the spectroscopic analysis phase, using scaling relations in conjunction with Kepler and TESS photometric data. Asteroseismic analyses require Teff as an input parameter for scaling relations, and these values are typically derived from photometric color-temperature calibrations. Within this thesis, it was aimed to obtain more accurate surface gravity (log g) values by using precise Teff values determined spectroscopically as input to the scaling relations. However, the inconsistent reporting of the Sun's large (∆ν⊙) and small (δν⊙) frequency separations – two fundamental constants essential for the log g solution – by different groups in the literature introduces uncertainties in the iterative parameter determination process. This situation carries the risk of producing forced Teff and log g parameter sets constrained by these constants, rather than being independently determined by the physical nature of the stars. The findings obtained have provided valuable insight into breaking this methodological circularity. In quantifying the magnetic field effect, solar spectropolarimetric data were used as a reference. The effect of the magnetic field on abundance calculations for selected atomic spectral lines was investigated using the high-resolution solar spectrum. The solar spectrum serves as a standard laboratory reference in the literature for atomic data quality validation, and this approach has been successfully applied in the work of members of the Mediterranean University HRSS High-Resolution Stellar Spectroscopy Basic Science Research Laboratory. The same spectral analysis methods were also applied to the project's 90 metal-poor (−2.5 < [Fe/H] < −0.5) G-spectral type stars. Consequently, the results of this thesis constitute a preliminary study for the planned magnetic field-based analyses of these stars. To investigate the effect of the magnetic field on atmospheric parameters, neutral iron (FE I) transitions used in excitation and ionization equilibrium calculations were identified as the focal point. FE I transitions with high magnetic sensitivity (Lande g > 1.9) located within the 5000–6000 Å range were tested on the solar spectrum. It was found that lines at, for example, 5225.53, 5247.06, 5250.22 and 5506.79 Å wavelengths lead to abundance increases on the order of ∼0.1 dex. For the target stars, the calculated abundance values exhibiting similar observed differences could be compensated for by decreases in the calculated effective temperature values assuming no magnetic field effect: This decrease was calculated as 100 K for HD 189349, 30 K for HD 186306, and 120 K for BD+443197. At this stage, it is essential that non-LTE effects on the calculated elemental abundances are meticulously corrected for on a line-by-line basis. While the magnetic field effect, manifested as a temperature decrease for neutral Fe lines, was represented by a change in the surface gravity log g value for ionized Fe transitions. Another significant effect, equally important as non-LTE effects during the investigation of the magnetic field impact and requiring examination of its influence on calculated abundances, is the convection effect. For the stars analyzed within the thesis, both prescriptions available in the literature (Magic2015 and Ludwig1999) were used to determine the effect of convection on elemental abundances. Additionally, a new methodology was developed within the thesis to detect the magnetic field strength of stars lacking spectropolarimetric observational data. Comparing synthetic spectropolarimetric line profiles calculated for the stars with the derivatives of the intensity spectra of the studied stellar spectra enables a numerical estimation of the possible effective magnetic field strength for the studied stellar atmosphere. The method was found to be successfully applicable for the thesis stars, HD 189349 and BD+443197, giant and subgiant stars. In this context, the magnetic field strength value detected for HD 189349 was determined to be 500 G, and for the BD+443197 subgiant star, it was 600 G. These reported numerical values for the magnetic field represent surface magnetic field strength values. These results will only be verifiable through high-precision spectropolarimetric observations of the stars.
Benzer Tezler
- Güneş civarındaki orta tayf türündeki metalce fakir yıldızların gözlemsel bir çalışması
An observation study of metal poor stars of middle spectral type in the solar neighborhood
MAHMUT MARIŞMAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Astronomi ve Uzay BilimleriAkdeniz ÜniversitesiUzay Bilimleri ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TİMUR ŞAHİN
- Güneş komşuluğundaki orta tayf türündeki metalce fakir yıldızların tayfsal, kinematik, yörünge dinamik ve galaktik köken analizleri
Spectral, kinematic, orbital dynamics and galactic origin analyses of metal-poor stars of intermediate spectral type in the solar neighborhood
NUR ÇINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Astronomi ve Uzay BilimleriAkdeniz ÜniversitesiUzay Bilimleri ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TİMUR ŞAHİN
- Güneş komşuluğunda seçilmiş G tayf türü yıldızların yüksek çözünürlüklü kırmızıöte spektroskopisi
High resolution infra-red spectroscopy of selected G stars in the solar neighborhood
SENA ALEYNA ŞENTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Astronomi ve Uzay BilimleriAkdeniz ÜniversitesiUzay Bilimleri ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TİMUR ŞAHİN
- NGC 3114 açık yıldız kümesinin başlangıç kimyasal yapısının geç tayf türü cüce ve dev üyelerin tayfsal analiziyle belirlenmesi
Characterizing the initial chemical composition of the open cluster NGC 3114 through spectral analysis of late type dwarf and giant members
TUĞÇE TUNCER
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Astronomi ve Uzay BilimleriAnkara ÜniversitesiAstronomi ve Uzay Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TOLGAHAN KILIÇOĞLU
- Yıldız popülasyonlarında kinematik ve element bolluğu ilişkileri
Relations between kinematics and elemental abundances in stellar populations
TOLGA DİNÇER
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Astronomi ve Uzay Bilimleriİstanbul ÜniversitesiAstronomi ve Uzay Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YÜKSEL KARATAŞ