[論文レビュー] Age and metallicity for six LMC clusters and their surrounding field population

B. Dirsch, T. Richtler+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 3, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、CCDストロムグレン光度測定を用いて、6つのLMC集団および周囲の場所星の年齢と金属量を決定し、過去20億年間に金属量が6倍に増加していることが明らかになった。得られた場所星の年齢-金属量関係（AMR）は、多数の金属不足星を予測するモデルと整合せず、1998年にペガルとトーツヴァイシエンエが提唱した最近のAMRとも不一致である。

ABSTRACT

We investigate, on the basis of CCD Stroemgren photometry, the ages and metallicities of six LMC clusters together with their surrounding field population. The clusters and metallicities are: NGC1651 (in the range [Fe/H]=-0.65 dex to -0.41 dex), NGC1711 (-0.57+/-0.17 dex), NGC 1806 (-0.71+/-0.23 dex), NGC2031 (-0.52+/-0.21 dex) and NGC2136/37 (-0.55+/-0.23 dex) and NGC2257 (-1.63+/-0.21 dex). In the cluster surroundings, we found about 650 field stars that were suitable to be used for a determination of an age-metallicity relation (AMR). Our method is to estimate ages for individual stars on the basis of Stroemgren isochrones with individually measured metallicities. With this method we are able to sample the AMR of the field population up to 8 Gyr. Our metallicity data are incompatible with models predicting many metal-poor stars (G-dwarf problem). The metallicity of the field population increased by a factor of six, starting around 2 Gyr ago. The proposed AMR is consistent with the AMR of the LMC cluster system (including ESO 121 SC03 and three clusters with an age of 4 Gyr).

研究の動機と目的

• 高精度のストロムグレン光度測定を用いて、6つのLMC集団およびその周囲の場所星の年齢と金属量を決定すること。
• 特に40億年以上前の星を対象として、LMCの場所星の年齢-金属量関係（AMR）を調査すること。
• 場所星の化学的増幅歴が集団系と整合するかどうかを検証すること。
• 特に金属不足星の過剰な存在を示すとされる「G-巨星問題」を含む、LMCの化学的進化における矛盾を解消すること。
• 更新された等時曲線を用いて、金属不足星の光度測定金属量のキャリブレーションを改善すること。

提案手法

• 6つのLMC集団およびその周囲の領域における個々の星の色（b-y、v-yなど）をCCDストロムグレン光度測定で測定した。
• 赤色特労星および超巨星の理論的等時曲線を用いてキャリブレーションされたc1インデックスと(b-y)色を用いて金属量を導出した。
• 測定された金属量を用いて、観測された色-等級図をストロムグレン等時曲線にフィットさせ、個々の星の年齢を推定した。
• 約650個の場所星からの個々の年齢と金属量推定値を統合して、場所星の年齢-金属量関係（AMR）を構築した。
• 得られたAMRを既存の集団データおよび理論的モデル（特にペガルとトーツヴァイシエンエ（1998）のAMR）と比較した。
• この手法により、80億年までのAMRのサンプリングが可能となり、LMCの場所星の化学的増幅歴の詳細な研究が可能になった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 特に40億年以上前の星を対象として、LMCの場所星の年齢-金属量関係（AMR）はどのようなものか？
• RQ2 6つのLMC集団の金属量は、周囲の場所星の金属量とどのように比較できるか？
• RQ3 観測された場所星の金属量分布は、金属不足星の大規模な存在を予測するモデル（G-巨星問題）と整合するか？
• RQ4 本研究で得られた場所星のAMRは、LMC集団系から得られたAMRと一致するか？
• RQ5 本研究で提示されたAMRは、最近発表されたペガルとトーツヴァイシエンエ（1998）のAMRと整合するか？

主な発見

• NGC 1651、NGC 1711、NGC 1806、NGC 2031の金属量が、光度測定法を用いて初めて決定され、[Fe/H] = -0.65 ～ -0.41 dex の範囲であった。
• NGC 2257は非常に金属不足で、[Fe/H] = -1.63 ± 0.21 dex であり、その古い年齢と整合的であった。
• 場所星の金属量は、過去20億年間に6倍に増加しており、最近の化学的増幅が顕著であることを示している。
• 場所星のAMRは、多数の金属不足星を予測するモデルと整合せず、LMCの文脈におけるG-巨星問題を解決している。
• 本研究で提示されたAMRは、LMC集団系（ESO 121-SC03、NGC 2121、NGC 2155、SL 663（年齢～40億年）を含む）のAMRと整合的である。
• 本研究で得られたAMRは、最近提唱されたペガルとトーツヴァイシエンエ（1998）のAMRと不一致であり、そのモデルの見直しが必要であることを示している。