[論文レビュー] Analysing Globular Cluster observations - Models and Analysis Tools for Lick/IDS indices

Thomas Lilly, U. Fritze|ArXiv.org|May 24, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 40被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、進化合成モデル（galev）を用いて最新の等温線と完全なLickインデックス集合を組み込んだ、χ²ベースの新しい分析ツールLINOを提案する。Lick/IDS吸収ラインインデックスを用いて球状星団の年齢と金属量を決定する。インデックスの年齢および金属量に対する感度が両パラメータに依存することを示し、Lickインデックスによる年齢推定値はCMDベースの値と比較して約2 Gyr高いことが判明したが、多くの星団について文献値と良好に一致しており、非太陽系α元素の過剰が見られる場合でも同様である。

ABSTRACT

We have extended our evolutionary synthesis code, GALEV, to include Lick/IDS absorption-line indices for both simple and composite stellar population models (star clusters and galaxies), using the polynomial fitting functions of Worthey et al. (1994) and Worthey & Ottaviani (1997). We present a mathematically advanced Lick Index Analysis Tool (LINO) for the determination of ages and metallicities of globular clusters (CGs): An extensive grid of GALEV models for the evolution of star clusters at various metallicities over a Hubble time is compared to observed sets of Lick indices of varying completeness and precision. A dedicated chi^2 - minimisation procedure selects the best model including 1-sigma uncertainties on age and metallicity. We discuss the age and metallicity sensitivities of individual indices and show that these sensitivities themselves depend on age and metallicity; thus, we extend Worthey's (1994) concept of a "metallicity sensitivity parameter" for an old stellar population at solar metallicity to younger clusters of different metallicities. We find that indices at low metallicity are generally more age sensitive than at high metallicity. Our aim is to provide a robust and reliable tool for the interpretation of star cluster spectra becoming available from 10m class telescopes in a large variety of galaxies: metal-rich & metal-poor, starburst, post-burst, and dynamically young. We test our analysis tool using observations from various authors for Galactic and M31 GCs, for which reliable age and metallicity determinations are available in the literature, and discuss in how far the observational availability of various subsets of Lick indices affects the results. For M31 GCs, we discuss the influence of non-solar abundance ratios on our results.

研究の動機と目的

• 幅帯フィルタ Photometry による年齢-金属量デゲネラシーの解消に限界があるのを克服し、吸収ラインインデックスから球状星団の年齢と金属量を信頼性高く導出する手法を開発すること。
• 外部銀河における中年期および古星団（金属豊富および金属貧困系）へのLickインデックス分析の適用範囲を拡大すること。
• 年齢および金属量の1σ不確実性を含むツールを提供し、誤差推定が欠落していた従来の手法を改善すること。
• 非太陽系元素比（例：α過剰）がLickインデックスを用いた年齢および金属量決定に与える影響を検証すること。
• Lickインデックスを含む進化合成モデルの包括的グリッドを、銀河および星団研究の分野で利用可能にするために公開すること。

提案手法

• 著者らは、Wortheyら（1994）およびWorthey & Ottaviani（1997）の多項式フィッティング関数を用いて、galev進化合成コードを、Lick/IDSインデックス全25個を含むように拡張した。
• Padovaの最新の等温線（TP-AGB段階を含む）を用いて、Hubble時代スケールにわたる単一年齢・単一金属量星族モデル（SSP）のグリッドを生成した。
• Lickインデックス分析ツール（LINO）は、観測インデックスとモデル予測との間でχ²最小化を実行し、最良適合の年齢および金属量に加え、±1σの不確実性を導出する。
• 個々のインデックスが年齢および金属量に与える感度を定量化し、それが現在の年齢および金属量に依存することを示した。これはWorthey（1994）の金属量感度パラメータの概念を、若年星団および非太陽系金属量にまで拡張したものである。
• 銀河およびM31の球状星団の観測Lickインデックスを用いて、独立的に決定された年齢および金属量と比較することで、本手法の妥当性を検証した。
• Puziaら（2005）が同じ星団について[α/Fe]測定値を提供していることを利用し、非太陽系α元素比が与える影響を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 特に太陽系金属量より高い金属量・古星団領域を越えて、Lick/IDSインデックスの年齢および金属量に対する感度が、さまざまな年齢および金属量でどのように変化するか？
• RQ2 Lickインデックスは、従来の色-等級図（CMD）法と比較して、球状星団の年齢および金属量をどの程度信頼性高く制約できるか？
• RQ3 LINOツールは、観測インデックスのサブセットのみを用いても、既知の年齢および金属量を正確に回復できるか？また、その精度はインデックスの完全性にどのように依存するか？
• RQ4 非太陽系元素比（例：α過剰）は、Lickインデックスから導かれる年齢および金属量の決定にどのような影響を与えるか？この影響は体系的であるか、無視できる程度か？
• RQ5 インデックス測定の正確性が、年齢および金属量推定の信頼性に与える影響は何か？特に絶対インデックス強度が相対的感度よりも重要となる場合に、その影響は何か？

主な発見

• LINOは、Mg1、Mg b、Fe5270、Fe5335、NaD、Hβの6つの主要インデックスのみを用いても、球状星団の金属量を±0.2 dex以内に正確に回復できる。
• Lickインデックスに基づく年齢推定値は、色-等級図（CMD）解析から得られた値と比較して、系統的に約2 Gyr高いが、その原因は未だ明確でない。
• インデックスの年齢および金属量に対する感度は一定ではなく、星族の現在の年齢および金属量に依存しており、低金属量では年齢感度が高くなる。
• Worthey（1994）の金属量感度パラメータSの概念が、若年星団および非太陽系金属量に対しても成功裏に拡張され、広範な条件下で有効であることが確認された。
• 太陽スケールモデルとα過剰モデルの結果を比較したところ、年齢または金属量の決定に顕著な系統的ずれは観測されず、[α/Fe]が変化しても結果へのバイアスは強くないことが示された。
• 特に前駆体矮星銀河や若年星団である可能性の高い星団を除けば、LINOの結果は銀河およびM31の球状星団について、文献値と良好に一致している。