[論文レビュー] Abundances of disk and bulge giants from hi-res optical spectra: I. O, Mg, Ca, and Ti in the Solar neighborhood and Kepler field samples

Henrik Jönsson, N. Ryde+5 more|arXiv (Cornell University)|Nov 16, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、干渉測定による温度と星震学的重力加速度に基づくベンチマークを用いて、291個の太陽系近傍の巨星における酸素、マグネシウム、カルシウム、チタンの高分解能分光的元素組成を求める。この結果、巨星が矮星と同等に信頼できる組成測定を可能にすることが確認され、今後の銀河のバルジとディスクの比較研究において、系統誤差を最小限に抑えた一貫した相対的アプローチが可能になる。

ABSTRACT

The galactic bulge is a significant part of our galaxy, but it is hard to observe, being both distant and covered by dust in the disk. Therefore there do not exist many hi-res optical spectra of bulge stars with large wavelength coverage, whose determined abundances can be compared with nearby, similarly analyzed stellar samples. We aim to determine the, for chemical evolution models, so important alpha elements of a sample of bulge giants using hi-res optical spectra with large wavelength coverage. The abundances found will be compared to similarly derived abundances from similar spectra of similar stars in the local thin and thick disks. In this first paper we focus on the Solar neighborhood reference sample. We use spectral synthesis to derive the stellar parameters as well as the elemental abundances of both the local as well as the bulge samples of giants. Special care is taken to benchmark our method of determining stellar parameters against independent measurements of effective temperatures from angular diameter measurements and surface gravities from asteroseismology. In this first paper we present the method used to determine the stellar parameters as well as the elemental abundances, evaluate them, and present the results for our local disk sample of 291 giants. When comparing our determined spectroscopic temperatures to those derived from angular diameter measurements, we reproduce these with a systematic difference of +10 K and a standard deviation of 53 K. The spectroscopic gravities are reproducing the ones determined from asteroseismology with a systematic offset of +0.10 dex and a standard deviation of 0.12 dex. When it comes to the abundance trends, our sample of local disk giants is closely following that of other works analyzing solar neighborhood dwarfs, showing that the much brighter giant stars are as good abundance probes as the often used dwarfs.

研究の動機と目的

• 高分解能可視域スペクトルを用いて、広帯域カバーを有する、ディスクおよびバルジの巨星におけるアルファ要素組成（O, Mg, Ca, Ti）を決定すること。
• 分子線の混入が顕著で、矮星よりも低温で複雑な巨星における、星像パラメータと元素組成を信頼性高く導出するためのベンチマーク手法を確立すること。
• 局所ディスクの巨星の組成傾向を、太陽系近傍の矮星のそれと比較し、巨星が信頼できる組成プローブとして有効であることを検証すること。
• 今後のバルジと局所ディスク間の相対的組成比較の基盤を築くこと。系統誤差を最小限に抑える。
• 星像パラメータの妥当性を確認するため、有効温度には視直径測定、表面重力には星震学的測定を独立して用いて、クロスバリデーションを実施すること。

提案手法

• スペクトル合成を用いて、291個のディスク巨星の高分解能可視域スペクトルから星像パラメータ（Teff, log g, [Fe/H]）および元素組成を導出する。
• 星像パラメータは、有効温度の干渉測定値と表面重力の星震学的決定値に基づいてベンチマーク化する。
• 原子線リストは、Gaia-ESO ラインリストグループのものを使用し、酸素、マグネシウム、カルシウム、チタンのための一貫性があり高品質な原子データを確保する。
• カルシウムの場合は、重力に敏感な3本のCa i線の端縁部のみを用いて、重力決定の精度を向上させる。
• 系統誤差を最小限に抑えるために、よくキャリブレーションされた基準星との比較を用いた相対的アプローチで組成を導出する。
• 分子線のブレンドと連続スペクトルの定義の複雑さを軽減するため、やや低温のK巨星および赤クラウド星に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高分解能分光測定により、矮星と同等の信頼性で巨星におけるアルファ要素組成（O, Mg, Ca, Ti）を正確に得ることができるか？
• RQ2 干渉測定と星震学的測定とを用いたクロスバリデーションにより、分光的星像パラメータ（Teff, log g）の精度はどの程度か？
• RQ3 局所ディスクの巨星における組成傾向は、太陽系近傍の矮星で観測された傾向と一致するか？ これにより、巨星が有効な組成トレーサーとしての妥当性が裏付けられるか？
• RQ4 巨星の大気における分子線が組成決定にどの程度悪影響を及ぼすか？ また、その影響をどのように軽減できるか？
• RQ5 本研究で確立された手法的ベンチマークを踏まえ、バルジと局所ディスク間の相対的組成分析を信頼できて、その信頼性はどの程度か？

主な発見

• 分光的有効温度は、干渉測定値と+10 Kの系統誤差と53 Kの散らばりで一致する。
• 分光的表面重力は、星震学的値と+0.10 dexの系統誤差と0.12 dexの散らばりで一致する。
• 局所ディスクの巨星における組成傾向は、太陽系近傍の矮星のそれとよく一致しており、巨星が化学的組成研究において矮星と同等に信頼できることが確認された。
• やや低温のK巨星および赤クラウド星に焦点を当て、明確なスペクトル特徴を持つ星を選択することで、分子線ブレンドによる系統誤差を効果的に軽減した。
• 一貫性がありベンチマークされたアプローチを用いることで、今後の銀河バルジと局所ディスク間の相対的比較が、高い信頼性をもって行えるようになった。
• 本研究は、銀河の化学的進化を理解するために不可欠な、高精度な組成分析のための堅牢で再現可能なフレームワークを確立した。