[論文レビュー] Abundances in bulge stars from high-resolution, near-IR spectra I. The CNO elements observed during the science verification of CRIRES at VLT

N. Ryde, B. Edvardsson+5 more|ArXiv.org|Feb 12, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 39被引用数 25

ひとこと要約

本研究では、VLTのCRIRESを用いて、3つのバルジ巨星におけるC、N、Oの最初の高分解能近赤外線スペクトル分析を実施し、不確実性が0.20 dex未塔の高精度を達成した。太陽系の[C+N/Fe]と光学データと一致するO、Ti、Feの元素分画が得られ、バルジ星とヘビー・ディスク星の間には顕著な差がないことが示され、高[ S/Fe ]が観測されたことから、バルジでは初期に高い星形成率が存在したと示唆される。

ABSTRACT

The formation and evolution of the Milky Way bulge is not yet well understood and its classification is ambiguous. Constraints can, however, be obtained by studying the abundances of key elements in bulge stars. The aim of this study is to determine the chemical evolution of CNO, and a few other elements in stars in the Galactic bulge, and to discuss the sensitivities of the derived abundances from molecular lines. High-resolution, near-IR spectra in the H band were recorded using VLT/CRIRES. Due to the high and variable visual extinction in the line-of-sight towards the bulge, an analysis in the near-IR is preferred. The CNO abundances can all be determined simultaneously from the numerous molecular lines in the wavelength range observed. The three giant stars in Baade's window presented here are the first bulge stars observed with CRIRES. We have especially determined the CNO abundances, with uncertainties of less than 0.20 dex, from CO, CN, and OH lines. Since the systematic uncertainties in the derived CNO abundances due to uncertainties in the stellar fundamental parameters, notably Teff, are significant, a detailed discussion of the sensitivities of the derived abundances is included. We find good agreement between near-IR and optically determined O, Ti, Fe, and Si abundances. Two of our stars show a solar [C+N/Fe], suggesting that these giants have experienced the first dredge-up and that the oxygen abundance should reflect the original abundance of the giants. The two giants fit into the picture, in which there is no significant difference between the O abundance in bulge and thick-disk stars. Our determination of the S abundances is the first for bulge stars. The high [S/Fe] values for all the stars indicate a high star-formation rate in an early phase of the bulge evolution.

研究の動機と目的

• 高分解能近赤外線分光法を用いて、銀河バルジ星におけるC、N、Oの化学的進化を特定すること。
• 特に効果的温度に依存するC、N、O分画の導出感度を評価すること。
• 近赤外線分画結果と光学測定値（O、Ti、Fe、Si）を比較すること。
• 硫黄分画測定を通じてバルジの星形成歴を調査すること。
• バーデのウィンドウからの星の元素分画分析を通じて、の形成状況を明確にすること。

提案手法

• 高分解能近赤外線スペクトルを、非常に大型望遠鏡（VLT）に搭載されたCRIRES分光計を用いてHバンドで取得した。
• 観測波長範囲内の分子線（CO、CN、OH）からC、N、Oおよびその他の元素の分画を導出した。
• 星の大気パラメータ（Teff、log g、[Fe/H]、微乱乱速度）を慎重に決定し、系統的不確実性を最小限に抑えた。
• 特にTeffに起因するパラメータ不確実性が分画推定に与える感度を定量的に評価した。
• 近赤外線測定値の妥当性を検証するため、光学分光法データと分画結果を比較した。
• 近赤外線線を用いて、バルジ星における硫黄分画を初めて導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高分解能近赤外線スペクトルから測定された、銀河バルジの3つの巨星におけるC、N、O分画はそれぞれどのようにか？
• RQ2 C、N、O分画の導出が、特に効果的温度に依存する不確実性に対してどれほど感度を示すか？
• RQ3 近赤外線分画測定値（O、Ti、Fe、Si）は、過去の光学測定値と一致するか？
• RQ4 バルジ星における硫黄分画は、バルジの初期星形成率に何を示唆するか？
• RQ5 CNOおよびα元素分画に基づいて、バルジとヘビー・ディスク星の間で顕著な化学的差異が存在するか？

主な発見

• CO、CN、OHの分子線を用いて、3つのバルジ巨星におけるC、N、O分画は0.20 dex未塔の不確実性で決定された。
• 太陽系の[C+N/Fe]比を示す2つの星は、第一の混合上昇を経験したことを示しており、酸素分画が元の組成を反映していると示唆される。
• 近赤外線スペクトルから導出されたO、Ti、Fe、Si分画は、光学測定値と良好に一致しており、高消光率の観測線路においても近赤外線法の妥当性が裏付けられた。
• 3つの星すべてで高[ S/Fe ]値が得られたことから、バルジでは初期に高い星形成率が存在したと示唆され、短時間に及ぶ集中した星形成と整合的である。
• バルジ星とヘビー・ディスク星の間で酸素分画に顕著な差は認められず、バルジが独立した化学的起源を持つという仮説に疑問を呈する。
• 本研究では、バルジ星における硫黄分画の決定が初めてなされ、バルジの化学的進化に関する新たな制約が得られた。