[論文レビュー] A double stellar generation in the Globular Cluster NGC6656 (M 22). Two stellar groups with different iron and s-process element abundance

A. F. Marino, A. P. Milone+5 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 154

ひとこと要約

本研究では、M 22の球状星団に二重の星族が存在することを特定し、鉄とs過程元素の異なった含有量を持つ二つの星の群れを同定した。高分解能のUVESおよび低分解能のGIRAFFE分光測定により、0.14 dexの鉄のばらつきがY、Zr、Baといったs過程元素と相関していることが判明し、化学的に豊かになった物質から形成された二世代の星が存在し、第二世代の星はAGB星の風と核心崩壊超新星の噴出物で汚染されたものであると示唆された。

ABSTRACT

AIMS. In this paper we present the chemical abundance analysis from high resolution UVES spectra of seventeen bright giant stars of the Globular Cluster M~22. RESULTS. We obtained an average iron abundance of [Fe/H]=-1.76\pm0.02 (internal errors only) and an αenhancement of 0.36\pm0.04 (internal errors only). Na and O, and Al and O follow the well known anti-correlation found in many other GCs. We identified two groups of stars with significantly different abundances of the s-process elements Y, Zr and Ba. The relative numbers of the two group members are very similar to the ratio of the stars in the two SGBs of M22 recently found by Piotto (2009). Y and Ba abundances do not correlate with Na, O and Al. The s-element rich stars are also richer in iron and have higher Ca abundances. The results from high resolution spectra have been further confirmed by lower resolution GIRAFFE spectra of fourteen additional M22 stars. GIRAFFE spectra show also that the Eu -- a pure r-process element -- abundance is not related to the iron content. We discuss the chemical abundance pattern of M22 stars in the context of the multiple stellar populations in GC scenario.

研究の動機と目的

• 球状星団M 22の明るい巨星の化学的含有量パターンを調査し、その星族の複雑さを理解すること。
• M 22における鉄とs過程元素の変動が、複数の星族に起因するかを特定すること。
• M 22で観測された分裂した準巨星分岐（SGB）が、s過程元素と相関するわずかだが有意な鉄含有量のばらつきによって引き起こされているという仮説を検証すること。
• AGB星と超新星が、それぞれs過程元素と鉄族元素をどうやって星間媒体に豊かにしたかを検討すること。

提案手法

• 17個の明るい巨星に対して高分解能UVES分光測定を用い、鉄族元素、軽元素、s過程元素の含有量を測定した。
• 追加の14個の星に対して低分解能GIRAFFEスペクトルを取得し、UVESの結果を確認するとともにサンプルを拡大した。
• 合成スペクトル合成とモデル大気を用いて含有量比を導出し、ラインリストおよび大気パラメータに注意を払った。
• s過程元素（Y、Zr、Ba）と鉄含有量の相関関係を定量化し、金属量のばらつきの有無を評価した。
• HST/ACSデータからの光度測定によるSGB形態と、分光測定による含有量パターンを比較し、化学的差異と観測された色-等級関係の分裂を結びつけた。
• r過程（Eu）とα元素（Ca）の役割を分析し、r過程とs過程の寄与を区別し、核合成起源を制限した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M 22の星々の間で鉄含有量に測定可能なばらつきが存在し、それはs過程元素の含有量と相関しているか？
• RQ2 M 22に見られる二つの明確な準巨星分岐（SGB）シーケンスは、異なる化学組成を持つ二つの星族に対応しているか？
• RQ3 s過程元素が豊富な星々は鉄とカルシウムも豊富にしているか？その豊富化はAGB星と核心崩壊超新星からの汚染と整合的か？
• RQ4 M 22の鉄含有量はナトリウムや他の軽元素と相関しているか、それとも原始的な金属量のばらつきが想定されるように独立しているか？
• RQ5 理論的モデルが予測するように、M 22の観測されたSGB分裂（約0.14 dexの鉄含有量差）によって説明可能か？

主な発見

• M 22の平均鉄含有量は、UVESで[Fe/H] = -1.76 ± 0.02、GIRAFFEを組み合わせた加重平均で-1.75 ± 0.02であり、金属不足の性質が確認された。
• s過程元素（Y、Zr、Ba）に明確な二重ピーク分布が認められ、Na、O、Al含有量とは相関がなかった。
• s過程元素が豊富な星々は、鉄含有量が約0.14 dex高いことが判明し、s過程含有量と相関する金属量のばらつきが存在することが示された。
• s過程元素が豊富な星々は、カルシウム、マグネシウム、ケイ素の含有量も高くなっており、核心崩壊超新星からの汚染と整合的であった。
• r過程元素の europium (Eu) は鉄含有量と相関がなかったため、鉄の豊富化がr過程によるものではなく、おそらく核心崩壊超新星によるものであるという仮説が支持された。
• M 22の観測されたSGB分裂（F606Wで0.17 magの分離）は、0.14 dexの鉄含有量ばらつきと整合的であり、やや明るいSGBはs過程元素が豊富で金属量が高い星々によって占められていると考えられる。