[論文レビュー] Abundances of disk and bulge giants from hi-res optical spectra: II. O, Mg, Ca, and Ti in the bulge sample

Henrik Jönsson, N. Ryde+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 12

ひとこと要約

本研究は、46個のバルジK超巨星の高分解能可視光スペクトルを再分析し、O、Mg、Ca、Tiの元素分画を決定した。これらは291個の太陽系近傍K超巨星で均一に分析されたサンプルと比較された。結果として、バルジにおける[α/Fe]の傾向が局所的厚いディスクとは異なっているという証拠は得られず、過去の[O/Mg]の低下や[α/Fe]対[Fe/H]図における「膝」のずれに関する主張とは矛盾する。代わりに、バルジ全体で金属量にかかわらず一定の[O/Mg]が得られた。

ABSTRACT

Determining elemental abundances of bulge stars can, via chemical evolution modeling, help to understand the formation and evolution of the bulge. Recently there have been claims both for and against the bulge having a different [$α$/Fe] vs. [Fe/H]-trend as compared to the local thick disk possibly meaning a faster, or at least different, formation time scale of the bulge as compared to the local thick disk. We aim to determine the abundances of oxygen, magnesium, calcium, and titanium in a sample of 46 bulge K-giants, 35 of which have been analyzed for oxygen and magnesium in previous works, and compare them to homogeneously determined elemental abundances of a local disk sample of 291 K-giants. We use spectral synthesis to determine both the stellar parameters as well as the elemental abundances of the bulge stars analyzed here. The method is exactly the same as was used for analyzing the comparison sample of 291 local K-giants in Paper I of this series. Compared to the previous analysis of the 35 stars in our sample, we find lower [Mg/Fe] for [Fe/H]>-0.5, and therefore contradict the conclusion about a declining [O/Mg] for increasing [Fe/H]. We instead see a constant [O/Mg] over all the observed [Fe/H] in the bulge. Furthermore, we find no evidence for a different behavior of the alpha-iron trends in the bulge as compared to the local thick disk from our two samples.

研究の動機と目的

• 高分解能可視光分光法を用いて、46個のバルジK超巨星におけるO、Mg、Ca、Tiの正確な元素分画を決定すること。
• これらの分画を、291個の均一に分析された太陽系近傍K超巨星の分画と直接比較し、バルジと局所的厚いディスクの間の化学的差異を評価すること。
• 文献における、バルジが局所的厚いディスクとは異なった[α/Fe]傾向（特に[α/Fe]対[Fe/H]図における「膝」のずれ）を示すかどうかという、矛盾する主張を解消すること。
• Zoccali et al. (2006) や Lecureur et al. (2007) が報告したバルジにおけるOおよびMgの分画決定値を、一貫したスペクトル合成手法を用いて再評価すること。

提案手法

• 南アフリカのVLTで使用されたFLAMES/UVES装置を用いて、高分解能可視光分光法（R ≈ 25,000）を取得した。
• 星の大気パラメータ（Teff、log g、[Fe/H]、微乱乱速度）は、観測された線プロファイルと合成プロファイルを一致させることでスペクトル合成により導出された。
• O、Mg、Ca、Tiの元素分画は、モデル大気から計算された合成スペクトルを用いて、観測された線をフィッティングすることで決定された。
• バルジおよび局所ディスク両方のサンプルに同じ解析パイプラインとモデル大気を適用することで、均一性を確保し、系統的差を最小限に抑えた。
• 特にノイズの多いバルジスペクトルにおいても、大気吸収の特徴を慎重に回避するため、線のない領域を選択し、高いS/N比のデータを用いた。
• 結果は、シリーズの論文Iで同一条件で分析された291個の太陽系近傍K超巨星の大きな均一なサンプルと比較された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バルジは、[α/Fe]対[Fe/H]図における「膝」の位置を含め、局所的厚いディスクとは異なる[α/Fe]傾向を示すか？
• RQ2 OとMgの分画を一貫した手法で再分析した場合、バルジにおける[Fe/H]の増加に伴い[O/Mg]が低下するという以前の報告は依然として妥当か？
• RQ3 バルジにおけるO、Mg、Ca、Tiの分画は、局所的厚いディスクの化学的進化と整合性を持つ傾向を示すか？
• RQ4 特に微小レンズ効果や低分解能データを用いた研究との間の矛盾は、K超巨星の均一で高分解能の分析によって解消可能か？

主な発見

• バルジにおける酸素およびマグネシウム分画の再分析により、全金属量範囲で一定の[O/Mg]比が得られた。これは、[Fe/H]の増加に伴い[O/Mg]が低下するという以前の主張とは矛盾する。
• 高金属量（[Fe/H] > -0.5）における[Mg/Fe]分画比に、高値が見られず、Lecureur et al. (2007) がバルジに高[Mg/Fe]があると結論づけた主張は、疑わしいものとなった。
• バルジと局所的厚いディスクの間で、[α/Fe]対[Fe/H]の傾向に顕著な差異は認められず、形成時スケールや化学的増幅歴が異なる証拠はない。
• バルジにおける[Ca/Fe]および[Ti/Fe]の傾向は、局所的厚いディスクと一致しており、系統的オフセットは認められなかった。
• 以前の[Mg/Fe]傾向の不一致は、主に星のパラメータの取り扱いや線合成の方法論的不一致に起因していた可能性が確認された。
• 結果は、バルジと局所的厚いディスクの間で化学的類似性があることを支持しており、共通の形成メカニズム、あるいは少なくとも共通の化学的進化経路がある可能性を示唆している。