[論文レビュー] An estimate of the time variation of the abundance gradient from planetary nebulae II. Comparison with open clusters, cepheids and young objects

W. J. Maciel, L. G. Lago+1 more|ArXiv.org|Dec 10, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 39被引用数 19

ひとこと要約

本研究は、惑星状星雲、散開星団、セフェイド変光星、および若年星（OB星、HII領域）のデータを比較することで、銀河のディスクにおける[Fe/H]の質量関数勾配の時間的変化を調査する。年齢依存の質量関数測定を用いて、過去80億年間にわたり勾配が一貫して平坦化していることが判明し、平均的な平坦化率は0.005–0.010 dex kpc⁻¹ Gyr⁻¹であった。これは、時間に依存する金属量生成を伴う内側から始まる化学的進化モデルを強く支持する。

ABSTRACT

The temporal behaviour of the radial abundance gradients has important consequences for models of the chemical evolution of the Galaxy. We present a comparison of the time variation of the abundance gradients in the Milky Way disk as determined from a sample of planetary nebulae, open clusters, cepheids and young objects, such as stars in OB associations and HII regions. We conclude that the [Fe/H] gradients as measured in open cluster stars strongly support the time flattening of the abundance gradient as determined from O/H and S/H measurements in planetary nebulae. This conclusion is also supported by the cepheid variables, for which very accurate gradients and ages can be determined, and also by some recent estimates for OB stars and HII regions. It is estimated that the average flattening rate for the last 8 Gyr is in the range 0.005-0.010 dex/kpc/Gyr.

研究の動機と目的

• 複数の星間および星雲 tracer を用いて、銀河のディスクにおける半径方向の質量関数勾配の時間的変化を特定すること。
• 時間に依存する金属量生成を伴う内側から始まるディスク形成理論モデルが、観測された質量関数勾配を支持するかどうかを評価すること。
• 惑星状星雲、散開星団、セフェイド、若年星といった異なる対象タイプ間の勾配測定値の不一致を、一貫した[Fe/H]換算を適用することで解消すること。
• 複数の tracer の一貫性に基づいて、過去80億年間における[Fe/H]勾配の平均的な平坦化率を推定すること。

提案手法

• 惑星状星雲、散開星団、セフェイド変光星、および若年星（OB連星、HII領域）の高分解能分光データを取得・分析し、個々の質量関数比を導出する。
• 先行研究に基づく経験的補正を用いて、惑星状星雲のO/HおよびS/Hを[Fe/H]に変換し、tracer間の比較を可能にする。
• 惑星状星雲の前身星の年齢を等時曲線フィッティングおよび色mag図分析を用いて割り当てる。
• 年齢および距離の測定が精度よく可能なセフェイド変光星を用い、最近の勾配測定を基準とする。
• 年齢層ごとの[Fe/H]勾配を編集・比較し、時間依存的な平坦化を検出する。
• 全 tracer の誤差を考慮した統計的解析を実施し、勾配の平均的な平坦化率を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河のディスクにおける半径方向の[Fe/H]質量関数勾配は、時間とともに平坦化しているのか。もしそうなら、その速度はどの程度か？
• RQ2 独立した tracer（惑星状星雲、散開星団、セフェイド、若年星）は、質量関数勾配の時間的変化に関して一貫した結果をもたらすか？
• RQ3 観測された勾配は、時間に依存する金属量生成を伴う内側から始まるディスク形成理論モデルとどのように一致するか？
• RQ4 過去80億年間における[Fe/H]勾配の平均的な平坦化率はどの程度と推定されるか？
• RQ5 年齢および金属量測定の不確実性は、勾配の時間的変化の推定にどの程度影響を及えるか？

主な発見

• 散開星団の星から得られた[Fe/H]勾配は、惑星状星雲で観測された時間的平坦化傾向と強く一致しており、過去80億年間にわたり連続的な平坦化が進行していることを支持する。
• セフェイド変光星は、若年齢（≤1 Gyr）においても明確に制約された、より急勾配を示すが、依然として古い対象と比較して平坦化していることが判明し、この傾向を確認した。
• OB連星やHII領域に属する若年星は、全体的な平坦化パターンと整合する勾配を示しており、複数 tracer 間の一貫性を強化している。
• 過去80億年間における[Fe/H]勾配の平均的な平坦化率は0.005–0.010 dex kpc⁻¹ Gyr⁻¹と推定され、内側から始まる化学的進化モデルの予測と一致している。
• 結果は、金属量依存の生成を仮定し、内側から始まるディスク形成を想定するHouら（2000）の理論モデルと整合しているが、銀河形成の最初の5〜60億年間については結論を下さない。