[論文レビュー] Baade's window with APOGEE: Metallicities, ages and chemical abundances

M. Schultheis, Á. Rojas-Arriagada+24 more|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 37

ひとこと要約

本研究は、バーデの窓におけるAPOGEE赤外分光計測データを分析し、銀河のバルジ領域の星の金属量、年齢、および元素比を導出する。金属量分布は二峰性を示し、文献値と良好に一致するが、高金属量領域ではAPOGEEがマグネシウムの比を系atically高く測定しており、年齢分布についても顕著な古星（約10 Gyr）と、顕著な若星（約3–4 Gyr）の2つのピークが確認された。

ABSTRACT

Baade's window (BW) is one of the most observed Galactic bulge fields in terms of chemical abundances. Due to its low and homogeneous interstellar absorption it is considered as a calibration field for Galactic bulge studies. In the era of large spectroscopic surveys, calibration fields such as BW are necessary to cross calibrate the stellar parameters and individual abundances of the APOGEE survey. We use the APOGEE BW stars to derive their metallicity distribution function (MDF) and individual abundances, for $α$- and iron-peak elements of the APOGEE ASPCAP pipeline (DR13), as well as the age distribution for stars in BW. We determine the MDF of APOGEE stars in BW and find a remarkable agreement with that of the Gaia-ESO survey (GES). Both exhibit a clear bimodal distribution. We also find that the Mg-metallicity planes of both surveys agree well, except for the metal-rich part ([Fe/H] >0.1), where APOGEE finds systematically higher Mg abundances with respect to the GES. The ages based on the [C/N] ratio reveal a bimodal age distribution, with a major old population at 10 Gyr, with a decreasing tail towards younger stars. A comparison between APOGEE estimates and stellar parameters, and those determined by other sources reveals detectable systematic offsets, in particular for spectroscopic surface gravity estimates. In general, we find a good agreement between individual abundances of O, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Cr, Mn, Co, and Ni from APOGEE with that of literature values. We have shown that in general APOGEE data show a good agreement in terms of MDF and individual chemical abundances with respect to literature works. Using the [C/N] ration we found a significant fraction of young stars in BW which is in agreement with the model of Haywood et al. (2016).

研究の動機と目的

• 低で均一な星間減光を示すバーデの窓をベンチマーク領域として用い、APOGEEの星のパラメータと化学成分比を校正すること。
• バーデの窓におけるAPOGEE星の金属量分布関数（MDF）を導出し、ガイヤ-ESOやARGOSなどの高分解能調査と比較すること。
• 赤色巨星におけるCNO核反応と年齢の相関関係を用い、[C/N]比を用いて星の年齢を導出し、銀河バルジにおける年齢分布を評価すること。
• APOGEEの星のパラメータ（特にlog g）における系的ずれを評価し、個々の元素比を文献値と比較すること。
• 金属豊富なバルジ領域におけるAPOGEEの性能を、よく研究された低減光領域を用いて検証すること。

提案手法

• バーデの窓の星のAPOGEE DR13データを用い、径速度、効果的温度、表面重力、金属量の決定にAPOGEE ASPCAPパイプラインを適用した。
• APOGEEパイプラインを用いて、α族および鉄族元素（O, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Cr, Mn, Co, Ni）の個々の元素比（[X/Fe]）を計算した。
• マーティグら（2016）の手法に従い、[C/N]比を用いて星の年齢を導出し、赤色巨星におけるCNO処理と年齢の相関関係を利用した。
• 高分解能研究（例：McWilliam & Rich, 1994; Fulbright et al., 2006; Zoccali et al., 2006）からの文献値とAPOGEEの結果を比較した。
• Gaia-ESO調査（GES）との比較を通じて、MDFおよび成分比パターンの整合性を評価した。
• 写真的表面重力と分光的表面重力の推定値の系統的ずれの原因を調査するため、TRILEGALシミュレーションを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バーデの窓におけるAPOGEEの金属量分布関数（MDF）は、ガイヤ-ESO調査や他の高分解能調査とどのように比較できるか？
• RQ2 文献値と比較して、APOGEEの星のパラメータ（特に表面重力）に系統的ずれが見られるか、その原因は何か？
• RQ3 [C/N]比を用いて導出されたバーデの窓の星の年齢分布はどのようなものか？理論的モデルと比較するとどうなるか？
• RQ4 金属量の範囲にわたって、APOGEEが測定したα族および鉄族元素の成分比は、高分解能文献値とどの程度一致するか？
• RQ5 なぜAPOGEEは[Fe/H] > +0.1の領域でガイヤ-ESOよりもマグネシウム比を高く測定するのか？これはバルジの化学的進化にどのような意味を持つのか？

主な発見

• バーデの窓におけるAPOGEE星の金属量分布関数（MDF）は二峰性を示し、ガイヤ-ESO調査と良好に一致している。
• 低〜中程度の金属量領域ではAPOGEEとガイヤ-ESOの[Mg/Fe]対[Fe/H]関係がよく一致するが、[Fe/H] > +0.1の高金属量領域ではAPOGEEが系統的に高いマグネシウム比を示している。
• [C/N]比を用いて導出した星の年齢は二峰性を示し、約10 Gyrの支配的で古星のピークと、約3–4 Gyrの顕著な若星のピークが確認された。
• 写真的表面重力と分光的表面重力の推定値間に系統的ずれが観測され、強い線形相関を示しており、これは銀河バルジの固有の深さに起因する可能性が高い。
• 全体として、O, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Cr, Mn, Co, NiのAPOGEE成分比は、金属量範囲-1 < [Fe/H] < +0.5の間で文献値と良好に一致している。
• APOGEEの[K/Fe]対[Fe/H]傾向はα族に類似しているが、金属豊富な星では銀河ディスクの星よりも[K/Fe]が高くなる傾向を示しており、バルジにおける特異な元素増加プロセスを示唆している。