[論文レビュー] Abundance gradients in the galactic disk: space and time variations

W. J. Maciel, R. D. D. Costa|ArXiv.org|Jun 20, 2008

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 24

ひとこと要約

本研究では、惑星状星雲、オープンクラスタ、HII領域、セフェイド変光星、OB連星を用いて、銀河のディスクにおける径方向の元素分佈勾配の空間的・時間的変化を調査する。勾配は大径銀河中心距離（R > 10 kpc）で平坦化し、バルジ・ディスク界面付近（R ~ 1.5–3.0 kpc）で急峻になる。時間的変化の観察では、過去6〜8 Gyrにわたり勾配が平坦化しており、特に古い星族で顕著である。

ABSTRACT

Recent work on abundance gradients have focussed not only on their magnitudes, but also on their spatial and temporal variations. In this work, we analyze the behaviour of radial abundance gradients in the galactic disk giving special emphasis on these variations. The data used includes planetary nebulae and objects in different age brackets, namely open clusters, HII regions, cepheid variables and stars in OB associations. We find evidences for a space variation of the radial gradients as measured for element ratios such as O/H, S/H, Ne/H, Ar/H and [Fe/H], in the sense that the gradients tend to flatten out at large galactocentric distances. Moreover, near the bulge-disk interface a steep decrease in the abundances is observed. The time evolution of the gradients is also evaluated on the basis of approximate ages attributed to the central stars of planetary nebulae and open cluster stars. It is concluded that the available data is consistent with a time flattening of the gradients during the last 6 to 8 Gyr, a time interval in which the age determinations are probably more accurate.

研究の動機と目的

• 銀河ディスク全域における径方向分佈勾配（O/H, S/H, Ne/H, Ar/H, [Fe/H]）の空間的変化を調査すること。
• 惑星状星雲の中心星の年齢推定値を用いて、これらの勾配の時間的変化を検討すること。
• 観測された勾配が、宇宙時間にわたる化学進化モデルと整合しているかどうかを評価すること。
• 複数のトレーサー（PN, HII領域, セフェイド, OB連星, オープンクラスタ）を比較することで、結果の信頼性を高めること。

提案手法

• 中心星の年齢推定値を有する多数の惑星状星雲を用い、時間依存的な分佈勾配を追跡した。
• 若年HII領域およびOB星、中年齢セフェイド、古年齢オープンクラスタの年齢帯ごとに、複数のトレーサーのデータを比較した。
• 高径銀河中心距離における平坦化を検出するため、径方向分佈データに2次多項式フィットを適用した。
• ディスクとバルジの星族の化学的分離が生じる距離を特定するため、コルモゴロフ＝スミルノフ検定を用いた。
• [Fe/H]–(O/H)補正式（d(O/H)/dR ≈ 1/2.14 × d[Fe/H]/dR）を用いて、[Fe/H]勾配をO/H勾配に変換した。
• BOCCEプロジェクトの独立したデータおよび外部銀河研究（例：M33）を用いて、時間的変化傾向を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河ディスクにおける径方向分佈勾配は、大径銀河中心距離（R > 10 kpc）で平坦化するか？
• RQ2 バルジ・ディスク界面付近に金属量の不連続性または急激な低下が見られ、その半径はどの程度か？
• RQ3 分佈勾配は時間とともに変化するのか？古くからある星族は若年星族よりも勾配が急峻か？
• RQ4 観測された時間的平坦化傾向は、複数のトレーサー（PN, オープンクラスタ, セフェイド, HII領域）で一貫しているか？
• RQ5 外部銀河観測（例：M33）では、銀河系の傾向と比較して、勾配の時間的変化および径方向の平坦化傾向はどう異なるか？

主な発見

• 2次多項式フィットにより、O/H径方向分佈勾配がR ≈ 10 kpcを超える領域で平坦化していることが、惑星状星雲データから示された。
• バルジ・ディスク界面付近（R ≈ 1.5–3.0 kpc）で金属量の顕著な低下が観測され、バルジの星雲はディスクの外挿値よりも系統的に低い分佈を示した。
• 古年齢の惑星状星雲（タイプIIおよびIII）は、若年齢のもの（タイプI）よりも勾配が急峻（例：d[Fe/H]/dR ≈ –0.025 dex/kpc）であるため、過去6〜8 Gyrにわたり勾配が平坦化していることが示唆された。
• 内側ディスク（R < 12 kpc）における[Fe/H]勾配はd[Fe/H]/dR ≈ –0.06 dex/kpcと一致しており、これに対応するO/H勾配はd(O/H)/dR ≈ –0.05 dex/kpcとなる。この値は、オープンクラスタおよび高分解能調査のデータとも一致する。
• M33の独立した観測では、同様の時間的平坦化および径方向平坦化傾向が確認され、銀河系の結果を支持するものであり、ディスク銀河における普遍的なメカニズムの可能性を示唆した。
• オープンクラスタ、セフェイド、HII領域のデータは、時間的変化する勾配を総合的に支持しており、特に年齢推定が最も正確なセフェイドおよびオープンクラスタのデータが、6〜8 Gyrの時間スケールでの平坦化と一致した。