Elementhäufigkeitsanalyse der metallärmsten Sterne
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projekts war die Elementhäufigkeitsanalyse der metallärmsten Sterne auf der Basis hochaufgelöster optischer Spektren und neuester Sternatmosphärenmodelle. Die Targets für die Beobachtungen mit den grössten optischen bodengebundenen Teleskopen stammten fast ausschliesslich aus der Hamburg/ESO-Durchmusterung (HES). Das Projekt wurde in enger Zusammenarbeit mit den Gruppen von Prof. B. Gustafsson (Uppsala) und Prof. J. Norris (Australian National University) durchgeführt. Gegenstand der Förderung war der bilaterale Austausch von Mitgliedern der Arbeitsgruppen an der Universität Hamburg, der Universität Uppsala und der Australian National University (ANU). Eines der Highlights des Projekts ist die Entdeckung eines neuen Rekordhalters für den Stern mit der niedrigsten Eisenhäufigkeit: HE 1327-2326 hat nur 1/250 000 der Eisenhäufigkeit der Sonne und hat somit eine fast um einen Faktor zwei niedrigere Eisenhäufigkeit als der bisherige Rekordhalter HE 0107-5240. Beide Sterne haben ein ähnliches Elementhäufigkeitsmuster und sind somit vermutlich die Prototypen einer neuen Klasse von metallarmen Sternen. Bei der Elementhäufigkeitsanalyse von HE 1327-2326 und HE 0107-5240 kamen 3D-hyrdodynamische Modellatmosphären zum Einsatz, die eine realistischere Modellierung der Konvektion in den Atmosphären erlauben als statische planparallele oder sphärisch-symmetrische Modellatmosphären. Dies erwies sich insbesondere bei der Bestimmung der Häufigkeiten von Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff als sehr wichtig, da die 3D-Modelle deutlich niedrigere Temperaturen in den äußeren Schichten der Atmosphären von extrem metallarmen Sternen vorhersagen, was zu Abweichungen in den von Moleküllinien abgeleiteten Häufigkeiten dieser Elemente von bis zu einem Faktor zehn im Vergleich zu 1D-Modellen führt. Durch ein dediziertes Beobachtungsprojekt, das am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte durchgeführt wurde, konnten acht neue Sterne identifiziert werden, die eine starke Anreicherung mit r-Prozess-Elementen aufweisen. Dies entspricht einer Vergrößerung der Stichprobe um mehr als einen Faktor drei. Mit dieser Stichprobe konnten erstmals die statistischen Eigenschaften dieser Sterne untersucht werden. Bei Beobachtungen mit einem der beiden amerikanischen 6.5 m-Magellan-Teleskope wurde ein weiterer Stern mit hoher Überhäufigkeit von r-Prozess-Elementen gefunden: HE 1523-0901. Dieser kühle Riese bietet die besten Voraussetzungen für die genaueste Messung einer Urana o Häufigkeit zur Altersbestimmung mit Th/U, u.a. weil er sehr hell ist (B = 12.20), die höchste bekannte Überhäufigkeit von r-Prozess-Elementen hat ([r/Fe] = +1.8) und eine Unterhäufigkeit von Kohlenstoff aufweist ([C/Fe] = -0.15). Die Altersbestimmung ergab 13.2 Milliarden Jahre. Dies ist konsistent mit dem Alter des Universums von 13.7 ± 0.2 Jahren, das aus Beobachtungen der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung abgeleitet wurde. Die Ergebnisse des Projekts wurden in 24 Artikel in referierten Fachzeitschriften publiziert; darunter ein in Nature und ein in den Annual Reviews of Astronomy & Astrophysics publizierter Artikel. Die Publikation der Entdeckung von HE 1327-2326 in Nature wurde begleitet von Pressemitteilungen, die simultan in fünf Ländern herausgegeben wurden. Das internationale Medienecho war sehr gross; u.a. wurden zahlreiche Rundfunk- und Fernsehinterviews gegeben. Im Rahmen des Projekts entstanden drei Diplomarbeiten und zwei Doktorarbeiten. Der Projektleiter wurde 2008 zum Professor für Astronomie (W3) an der Universität Heidelberg ernannt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2004), The Hamburg/ESO R-process Enhanced Star survey (HERES). I. Project description, and discovery of two stars with strong enhancements of neutron-capture elements, A&A 428, 1027–1037
Christlieb, N., Beers, T.C., Barklem, P.S., Bessell, M.S., Hill, V., Holmberg, J., Korn, A.J., Marsteller, B., Mashonkina, L., Qian, Y.-Z., Rossi, S., Wasserburg, G.J., Zickgraf, F.-J., Kratz, K.-L., Nordstr¨m, B., Pfeiffer, B., Rhee, J., Ryan, S.G.
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(2005), Nucleosynthetic signatures of the first stars, Nature 434, 871–873
Frebel, A., Aoki, W., Christlieb, N., Ando, H., Asplund, M., Barklem, P., Beers, T.C., Eriksson, K., Fechner, C., Fujimoto, M.Y., Honda, S., Kajino, T., Minezaki, T., Nomoto, K., Norris, J.E., Ryan, S.G., Takada-Hidai, M., Tsangarides, S., Yoshii, Y.
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(2005), The Discovery and Analysis of Very Metal-Poor Stars in The Galaxy, ARA&A 43, 531–580
Beers, T.C., Christlieb, N.
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(2005), The Frequency of Carbon Stars Among Extremely Metal Poor Stars, ApJ 633, L109–L113
Cohen, J.G., Shectman, S., Thompson, I., McWilliam, A., Christlieb, N., Meléndez, J., Zickgraf, F.-J., Ramírez, S., Swenson, A.
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(2005), The Hamburg/ESO R-process Enhanced star Survey (HERES). II. Spectroscopic analysis of the survey sample, A&A 439, 129–151
Barklem, P., Christlieb, N., Beers, T.C., Hill, V., Bessell, M.S., Holmberg, J., Marsteller, B., Rossi, S., Zickgraf, F.-J.
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(2006), A high-resolution spectral analysis of three carbon-enhanced metal-poor stars, MNRAS 372, 343–356
Goswami, A., Aoki, W., Beers, T.C., Christlieb, N., Norris, J.E., Ryan, S.G., Tsangarides, S.
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(2006), Bright Metal-Poor Stars from the Hamburg/ESO Survey. I. Selection and Follow-up Observations from 329 Fields, ApJ 652,1585–1603
Frebel, A., Christlieb, N., Norris, J.E., Beers, T.C., Bessell, M.S., Rhee, J., Fechner, C., Marsteller, B. Rossi, S., Thom, C., Wisotzki, L., Reimers, D.
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(2006), HE 1327-2326, an unevolved star with [Fe/H] < 5.0. I. A Comprehensive Abundance Analysis, ApJ 639, 897–917
Aoki, W., Frebel, A., Christlieb, N., Norris, J.E., Beers, T.C., Minezaki, T., Barklem, P.S., Honda, S., Takada-Hidai, M., Asplund, M., Ryan, S.G., Tsangarides, S., Eriksson, K., Steinhauer, A., Nomoto, K., Fujimoto, M.Y., Ando, H., Yoshii, Y., Kajino, T.
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(2006), The Frequency of Carbon-Enhanced Metal-Poor Stars in the Galaxy from the HERES sample, ApJ 652, L37–L40
Lucatello, S., Beers, T.C., Christlieb, N., Barklem, P.S., Rossi, S., Marsteller, B., Sivarani, T., Lee, Y.S.
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(2006), The Hamburg/ESO R-process Enhanced star Survey (HERES). III. HE 0338-3945 and the formation of the r+s stars, A&A 451, 651–670
Jonsell, K., Barklem, P.S., Gustafsson, B., Christlieb, N., Beers, T.C., James, D., Holmberg, J.
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(2006), The most metal-poor stars: surveys, abundances, and consequences in Lamers et al. (eds.), Stellar Evolution at Low Metallicity: Mass Loss, Explosions, Cosmology, ASP Conf. Ser. 353, 271–283
Christlieb, N.
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(2006), The Oxygen Abundance of HE 1327?2326, ApJ 638, L17–L20
Frebel, A., Christlieb, N., Norris, J.E., Aoki, W., Asplund, M.
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(2007), A New Type of Extremely Metal Poor Star, ApJ 659, L161–L164
Cohen, J.G., McWilliam, A., Christlieb, N., Shectman, S., Thompson, I., Meléndez, J., Wisotzki, L., Reimers, D.
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(2007), A Search for Nitrogen- Enhanced Metal-Poor Stars, ApJ 658, 1203–1216
Johnson, J.A., Herwig, F., Beers, T.C., Christlieb, N.
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(2007), Broadband UBV RC IC Photometry of Horizontal-Branch and Metal-Poor Candidates from the HK and Hamburg/ESO Surveys. I., ApJ Suppl. 168, 128–139
Beers, T.C., Flynn, C., Rossi, S., Christlieb, N., Sommer-Larsen, J., Wilhelm, R., Marsteller, B., Lee, Y.S., De Lee, N., Krugler, J., Deliyannis, C., Zickgraf, F.-J., Holmberg, J., Önehag, A., Eriksson, A., Terndrup, D., Salim, S., Frebel, A.
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(2007), Carbon enhanced metal-poor stars. I. Chemical composition of 26 stars, ApJ 655, 492–521
Aoki, W., Beers, T.C., Christlieb, N., Norris, J.E., Ryan, S.G., Tsangarides, S.
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(2007), Chemical abundance analysis of the extremely metal-poor star HE 1300+0157, ApJ 658, 534–552
Frebel, A., Norris, J.E., Aoki, W., Honda, S., Bessell, M.S., Beers, T.C., Christlieb, N.
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(2007), Discovery of HE 1523-0901, a Strongly r-Process Enhanced Metal-Poor Star with Detected Uranium, ApJ 660, L117–L120
Frebel, A., Christlieb, N., Norris, J.E., Thom, C., Beers, T.C., Rhee, Y.
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(2007), HE 0557-4840—Ultra-Metal-Poor and Carbon-Rich, ApJ, 670, 774-788
Norris, J.E., Christlieb, N., Korn, A.J., Eriksson, K., Bessell, M.S., Beers, T.C., Wisotzki, L., Reimers, D.
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(2008), Constraints on Big Bang nucleosynthesis from observations metalpoor stars, J Phys G 35, 14001
Christlieb, N.
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(2008), HE 1327?2326, an Unevolved Star with [Fe/H] < 5.0. II. New 3D-1D Corrected Abundances from a Very Large Telescope UVES Spectrum, ApJ 684, 588–602
Frebel, A., Collet , R., Eriksson , K., Christlieb, N., Aoki, W.
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(2008), New Extremely Metal-Poor Stars in the Galactic Halo, ApJ 672, 320–341
Cohen, J.G., Christlieb, N., McWilliam, A., Shectman, S., Thompson, I., Meléndez, J., Wisotzki, L., Reimers, D.
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(2008), The stellar content of the Hamburg/ESO survey. IV. Selection of candidate metal-poor stars, A&A 484, 721–732
Christlieb, N., Schörck , T., Frebel, A., Beers, T.C., Wisotzki, L., Reimers, D.
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(2009), The Hamburg/ESO R-process enhanced star survey (HERES). IV. Detailed abundance analysis and age dating of the strongly r-process enhanced stars CS 29491-069 and HE 1219-0312, A&A 504, 511-524
Hayek, W., Wiesendahl, U., Christlieb, N., Eriksson, K., Korn, A.J., Barklem, P.S., Hill, V., Beers, T.C., Farouqi, K., Pfeiffer, B., Kratz, K.-L.
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(2009), The stellar content of the Hamburg/ESO survey. V. The metallicity distribution function of the Galactic halo, A&A 507, 817–832
Schörck, T., Christlieb, N., Cohen, J.G., Beers, T.C., Shectman, S., Thompson, I., McWilliam, Bessell, M.S., Norris, J.E., Meléndez, J., Ramírez, S., Haynes, D., Cass., P., Hartley, M., Russell, K., Watson, F., Zickgraf, F.-J., Behnke, B., Fechner, C., Fuhrmeister, B., Barklem, P.S., Edvardsson, B., Frebel, A., Wisotzki, L., Reimers, D.
