[論文レビュー] AGB stars in the Magellanic Clouds. III. The rate of star formation across the SMC

Maria-Rosa L. Cioni, L. Girardi+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 38

ひとこと要約

本研究では、小マゼラン雲（SMC）内の炭素豊富および酸素豊富なAGB星の近赤外 $K_{\mathrm{s}}$ 絶対等級分布を用いて、星形成歴および金属量の空間的変動を推定する。観測されたAGB星の数え上げと理論的進化軌道を比較することで、SMCの星達は平均して7–9 Gyrの年齢にあり、外側領域に古い星が、LMCに近い領域に若い星が存在することが判明。金属量は輪状構造を示し、$Z \approx 0.009$ のピークをノースウェストに示す。

ABSTRACT

This article compares the Ks magnitude distribution of Small Magellanic Cloud asymptotic giant branch stars obtained from the DENIS and 2MASS data with theoretical distributions. Theoretical Ks magnitude distributions have been constructed using up-to-date stellar evolution calculations for low and intermediate-mass stars, and in particular for thermally pulsing asymptotic giant branch stars. Separate fits of the magnitude distributions of carbon- and oxygen-rich stars allowed us to constrain the metallicity distribution across the galaxy and its star formation rate. The Small Magellanic Cloud stellar population is found to be on average 7-9 Gyr old but older stars are present at its periphery and younger stars are present in the direction of the companion galaxy the Large Magellanic Cloud. The metallicity distribution traces a ring-like structure that is more metal rich than the inner region of the galaxy. The C/M ratio discussed in Paper I is a tracer of the metallicity distribution only if the underlying stellar population is of intermediate-age.

研究の動機と目的

• 小マゼラン雲（SMC）の空間的変動を、AGB星を用いて星形成速度および金属量の推定を目的とする。
• さまざまな年齢の星族における金属量の tracer としての C/M（炭素豊富なAGB星と酸素豊富なAGB星の比）の信頼性を評価すること。
• 近赤外AGB星の等級分布が、光学データが減光や混雑の影響を受ける領域においても、銀河進化の強固な制約を提供できるかどうかを検証すること。
• 既存の光学的星形成歴と比較し、潮汐的相互作用モデルとの整合性を評価すること。
• TP-AGB進化モデルの限界および仮定された星形成歴に起因する年齢および金属量推定の系統的不確実性を定量化すること。

提案手法

• DENISおよび2MASSの近赤外サーベイからAGB星を選別し、多波長光度法を用いてC型およびM型星を同定する。
• 最新の星進化モデル、特にMarigoら（2003）の改善されたTP-AGBモデルを用いて理論的 $K_{\mathrm{s}}$ 等級分布を構築する。
• 観測された等級分布を理論的モデルに $\chi^2$ 最小化により適合させ、金属量と平均年齢を同時に変化させる。
• C豊富およびO豊富なAGB星のそれぞれについて別々にフィットを行い、異なる空間領域における金属量と年齢を独立して制約する。
• SMCを半径方向のリングと角度領域に分割し、人口パラメータの空間分解能のある分析を可能にする。
• 最良適合の年齢および金属量の表面マップを用いて、モデルの不確実性とSFR関数の仮定を考慮した上で、SMC全体における空間的傾向を可視化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 小マゼラン雲における星形成速度および平均年齢の空間的分布は、AGB星集団からどのように推定されるか？
• RQ2 AGB星のC/M比はSMC全域でどのように変化するか。また、どのような条件下で金属量の信頼できるtracerとして機能するか？
• RQ3 近赤外AGB星のカウントが、光学的光度法に代わる有効な代替手段として、銀河の星形成歴マッピングにどの程度有効か？
• RQ4 推定された年齢および金属量の分布は、過去の光学的研究および潮汐的相互作用モデルとどのように一致するか？
• RQ5 TP-AGBモデルの不完全さおよび仮定された星形成歴に起因する、年齢および金属量推定の系統的不確実性は何か？

主な発見

• SMCの全体的な星族は7–9 Gyrの年齢に推定され、外側領域に主に古い星が存在する。
• LMCに近い方向には若い星が存在すると考えられ、約6.5 Gyr前に近接通過したことで星形成が誘発された可能性がある。
• 金属量はSMC全域で変動し、$Z = 0.003$ から $Z = 0.009$ の範囲で変化する輪状構造を示し、ノースウェストでピークを示す。
• C/M比は中年齢星族（5–7 Gyr）においてのみ金属量の信頼できるtracerとして機能する。若年齢または高年齢の領域では解釈がバイアスを受ける。
• 推定された金属量はLMCよりも低く、SMCの星族は平均的に金属量が低く、かつより古く平均年齢が高い。
• 光学的研究と比較して、差分赤方偏光や混雑の影響が少ないため、AGB星はグローバル銀河調査の貴重なツールである。