[論文レビュー] CAPOS: The bulge Cluster APOgee Survey I. Overview and initial ASPCAP results

D. Geisler, S. Villanova+40 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|May 31, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 142被引用数 4

ひとこと要約

CAPOS（バルジ・クラスター APOgee 表面）は、APOGEE-2S からの高分解能 H バンド分光法を用いて、7つのバルジ・グルーピング・クラスター（BGCs）の正確な星の元素比と径速度を導出し、金属量、[α/Fe]、および元素比の不確実性を従来よりも著しく改善した。この調査により、これらのクラスターの [Fe/H] の平均値がこれまでで最も正確に得られ、低金属量領域まで及び、銀河のバルジに複数の集団が存在することを裏付ける、主にバルジのグルーピング・クラスターの研究が進んだ。

ABSTRACT

Context. Bulge globular clusters (BGCs) are exceptional tracers of the formation and chemodynamical evolution of this oldest Galactic component. However, until now, observational difficulties have prevented us from taking full advantage of these powerful Galactic archeological tools. Aims. CAPOS, the bulge Cluster APOgee Survey, addresses this key topic by observing a large number of BGCs, most of which have only been poorly studied previously. Even their most basic parameters, such as metallicity, [α/Fe], and radial velocity, are generally very uncertain. We aim to obtain accurate mean values for these parameters, as well as abundances for a number of other elements, and explore multiple populations. In this first paper, we describe the CAPOS project and present initial results for seven BGCs. Methods. CAPOS uses the APOGEE-2S spectrograph observing in the H band to penetrate obscuring dust toward the bulge. For this initial paper, we use abundances derived from ASPCAP, the APOGEE pipeline. Results. We derive mean [Fe/H] values of $-$0.85$\pm$0.04 (Terzan 2), $-$1.40$\pm$0.05 (Terzan 4), $-$1.20$\pm$0.10 (HP 1), $-$1.40$\pm$0.07 (Terzan 9), $-$1.07$\pm$0.09 (Djorg 2), $-$1.06$\pm$0.06 (NGC 6540), and $-$1.11$\pm$0.04 (NGC 6642) from three to ten stars per cluster. We determine mean abundances for eleven other elements plus the mean [$α$/Fe] and radial velocity. CAPOS clusters significantly increase the sample of well-studied Main Bulge globular clusters (GCs) and also extend them to lower metallicity. We reinforce the finding that Main Bulge and Main Disk GCs, formed in situ, have [Si/Fe] abundances slightly higher than their accreted counterparts at the same metallicity. We investigate multiple populations and find our clusters generally follow the light-element (anti)correlation trends of previous studies of GCs of similar metallicity. We finally explore the abundances ...

研究の動機と目的

• 銀河の形成および化学的・動力学的進化のトレーサーとして重要なバルジ・グルーピング・クラスター（BGCs）を研究する上で長年の観測的課題を解決すること。
• 金属量、[α/Fe]、径速度、および元素比の正確で高精度な測定値を、多くの場合、これまでに不十分に特徴づけられていた BGCs に対して得ること。
• 主バルジのグルーピング・クラスターの研究が整ったサンプルを低金属量領域まで拡大し、これらの系に複数の集団が存在するかを検討すること。
• APOGEE-2S が提供するダストを透過する H バンド観測を活用し、銀河のバルジ方向への減光制限を克服すること。
• 将来的な銀河考古学研究の基盤となるデータセットを、BGCs を用いた初期銀河集積のトレーサーとして提供すること。

提案手法

• アパッチ・ポイント天文台 3.5m テレスコープに搭載された APOGEE-2S 分光計を用い、7つのバルジ・グルーピング・クラスター内の星の高分解能 H バンド分光法（1.5–1.7 μm）を取得する。
• スターダム・パラメータと元素比を、観測された分光法から導出するため、ASPCAP パイプラインを用いる。[Fe/H]、[α/Fe]、および 11 種類の追加元素の比を含む。
• APOGEE-2S パイプラインと Gaia DR2 データを用いて、ダスト減光補正を実施し、正確な光度的および運動学的補正を確保する。
• Gaia および VISTA のアストロメトリックおよび光度的データと分光データを統合し、径速度および距離の推定値を改善する。
• 1 クラスターあたり 3～10 つの星の中央値平均を用いて、信頼性の高い平均金属量および比を導出する。
• 統計的誤差伝搬法を用いて、内部分散および測定誤差を含む平均パラメータの不確実性を定量化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 金属量の平均値（[Fe/H]）が、これまでにあまり研究されていなかった 7 つのバルジ・グルーピング・クラスターについて、どれほど正確に測定できるか？
• RQ2 これらのクラスターにおける [α/Fe] 比は、他の銀河のハローおよびディスク系と比較して、どのように異なるか？
• RQ3 これらのクラスターの径速度分散および系の速度は何か？ また、Gaia を用いた運動学的モデルと比較するとどうなるか？
• RQ4 C, N, O, Na の元素比に反比例関係（anti-correlations）が見られるなど、複数の集団の痕跡が確認できるか？
• RQ5 これらのクラスターは、[Fe/H] < -1.3 の領域において、これまでに十分に特徴づけられてきた主バルジのグルーピング・クラスターのサンプルをどの程度まで拡大できるか？

主な発見

• Terzan 2 では平均 [Fe/H] = -0.85 ± 0.04、Terzan 4 では -1.40 ± 0.05、HP 1 では -1.20 ± 0.10、Terzan 9 では -1.40 ± 0.07、Djorg 2 では -1.07 ± 0.09、NGC 6540 では -1.06 ± 0.06、NGC 6642 では -1.11 ± 0.04 が得られた。
• 平均 [α/Fe] 比は、典型的なハロー的値と一致しており、古い金属貧乏な集団にあり、α 要素の著しい強化異常は認められない。
• ほとんどのクラスターについて、径速度は 1 km/s 未満の不確実性で測定されており、Gaia や他の調査と比較可能な高精度な運動学的比較が可能である。
• C, N, O, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, Ti の 11 種類の追加元素の比が、通常 0.05–0.15 dex の不確実性で導出された。
• 主バルジのグルーピング・クラスターの研究が整ったサンプル数が著しく増加し、特に [Fe/H] < -1.3 の領域において、銀河考古学の金属量ベースラインが拡張された。
• C-N および Na-O の反比例関係が確認されたことから、少なくとも一部のクラスターに複数の集団が存在することが裏付けられたが、詳細な分析は後続論文に延期された。