[論文レビュー] Detailed chemical composition of Galactic Cepheids. A determination of the Galactic abundance gradient in the 8-12 kpc region

Bertrand Lemasle, P. François+4 more|ArXiv.org|Jan 17, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 42被引用数 47

ひとこと要約

本研究では、ESO 1.52m望遠鏡のFEROSデータを用いて、30個の銀河的セフェイドで鉄および6種の軽元素（O、Na、Mg、Al、Si、Ca）の高分解能分光的質量分率を測定した。8–12 kpc領域における銀河の半径方向質量分率勾配は-0.061 dex kpc⁻¹であり、他のセフェイドおよび開放集団の研究と一致する急勾配を確認した一方で、酸素およびナトリウムの勾配には先行研究のB型星トレーサーとは相違が見られた。

ABSTRACT

The recent introduction of high resolution/large spectral range spectrographs provided the opportunity to investigate in detail the chemical composition of classical Cepheids. This paper is focussed on new abundance determinations for iron and 6 light metals (O, Na, Mg, Al, Si, Ca) in 30 Galactic Cepheids. We also give a new estimate of the Galactic radial abundance gradient. The stellar effective temperatures have been determined using the method of line depth ratios, while the surface gravity and the microturbulent velocity v$_{t}$ by imposing the ionization balance between Fe I and Fe II and the help of the curves of growth. Abundances were calculated with classical LTE atmosphere models. Abundances are obtained with RMS accuracies of the order of 0.05-0.10 dex for Fe, and 0.05-0.20 dex for the other elements. Cepheids in our sample have solar-like abundances and current measurements agree quite-well with previous determinations. We computed ``single zone'' Galactic radial abundance gradients for the 8-12 kpc region and found a slope for iron of -0.061 dex kpc$^{-1}$.

研究の動機と目的

• 高分解能分光法を用いて、30個の銀河的セフェイドにおける鉄および6種の軽元素（O、Na、Mg、Al、Si、Ca）の正確な化学組成を決定すること。
• 8–12 kpc領域における銀河の半径方向質量分率勾配を、鉄および主要な軽元素に焦点を当てて測定すること。
• 得られた質量分率勾配を、異なるトレーサー（例：B型星、開放集団、惑星状星雲）に基づく先行研究と比較し、勾配の一貫性および勾配の進化の可能性を評価すること。
• 若年齢および高光度を示すセフェイドが、現在の銀河ディスクの質量分率分布のトレーサーとして信頼できるかを評価すること。
• 報告された質量分率勾配の相違が、測定誤差に起因するのか、それとも星の年齢や半径分布に関連する本質的差異に起因するのかを調査すること。

提案手法

• 星のパラメータ（効用温度、表面重力、微乱流速度）は、温度の推定に線幅比を、重力および微乱流速度の推定にFe IとFe IIのイオン化平衡を用いて導出した。
• 高分解能（R ≈ 48,000）のスペクトルを用い、古典的LTE大気モデルと成長曲線法を適用して質量分率を計算した。
• スペクトルは、La Sillaに設置された1.52m ESO望遠鏡で取得され、370–920 nmの波長域をカバーし、S/N比は40から136の間であった。
• 半径方向質量分率勾配は、8–12 kpc領域に対して「単一領域モデル」を用いて計算され、不確実性はブートストラップ再サンプリングにより推定された。
• 結果は、セフェイド（Andrievsky et al. 2002a）、B型星、開放集団、HII領域に基づく先行研究と比較され、一貫性および相違点の評価が行われた。
• 分析には、本研究サンプルに加え、Andrievsky et al. (2002a)のセフェイドを含む拡張サンプルを用いて統計的妥当性を向上させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 セフェイドをトレーサーとして用いた場合、銀河ディスクの8–12 kpc領域における鉄の正確な半径方向質量分率勾配はどのようになるか？
• RQ2 同じ半径範囲内で、軽元素（O、Na、Mg、Al、Si、Ca）の質量分率勾配は鉄の勾配とどのように比較されるか？
• RQ3 セフェイドから得られた質量分率勾配は、B型星や開放集団から得られた勾配と整合性があるか？
• RQ4 過去の研究で報告された質量分率勾配の相違は、測定誤差に起因するのか、それともトレーサー集団の本質的差異に起因するのか？
• RQ5 セフェイドは、現在の銀河ディスクの質量分率分布を信頼できる均一なプローブとしてどの程度有効か？

主な発見

• 8–12 kpc領域における鉄の質量分率勾配は-0.061 dex kpc⁻¹であり、均一な距離決定がなされた69個のセフェイドを含めた場合、わずかに平坦な値-0.056 dex kpc⁻¹となった。
• 得られた鉄の勾配は、Andrievsky et al. (2002a)が中心領域のマルチゾーン勾配モデルで報告した値よりも急である。
• 酸素については-0.041 ± 0.034 dex kpc⁻¹の勾配が得られ、Andrievsky et al. (2002a)が報告した-0.022 ± 0.009 dex kpc⁻¹よりも急で、Fitzsimmons et al. (1992) や Kilian-Montenbruck et al. (1994) が報告した平坦な値とは整合しない。
• ナトリウムは-0.042 ± 0.029 dex kpc⁻¹の勾配を示し、Andrievsky et al. (2002a)が報告した-0.023 ± 0.006 dex kpc⁻¹よりも急である。これはトレーサー集団や測定システムの差異に起因する可能性がある。
• ケイ素およびカルシウムの勾配は、先行研究と良好に一致している：Siは-0.031 ± 0.029 dex kpc⁻¹、Caは-0.014 ± 0.029 dex kpc⁻¹であり、Andrievsky et al. (2002a)の値と誤差範囲内で一致する。
• 広い範囲で計算された全体の半径勾配は-0.070 ± 0.008 dex kpc⁻¹であり、開放集団およびセフェイドを用いた他の研究と一致し、太陽付近で急勾配が成立することを支持する。