[論文レビュー] Differences in the fractions of Be stars in galaxies

A. Maeder, E. K. Grebel+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、金属量が低下するにつれてB型星に対するBe星の割合が増加し、銀河系では11%、SMCでは39%に達することを明らかにした。これは低金属量環境における回転速度の上昇を示唆する。著者らは、低Zにおける回転混合の強化と関連づけ、SMCの超巨星における窒素の高濃度蓄積がそれを裏付けている。これは、初期の銀河進化において回転混合が一次窒素を生成する可能性を示唆する。

ABSTRACT

The number ratios Be/(B+Be) of Be to B-type stars in young, well studied clusters of the Galaxy, the LMC and SMC are examined. In order to disentangle age and metallicity effects we choose clusters in the same age interval and for which reliable photometric and spectroscopic data are available. Number counts are made for various magnitude intervals, and the results are found to be stable with respect to this choice. In the magnitude interval Mv = -5 to -1.4 (i.e. O9 to B3) we obtained a ratio Be/(B+Be) = 0.11, 0.19, 0.23, 0.39 for 21 clusters located in the interior of the Galaxy, the exterior of the Galaxy, the LMC and the SMC, respectively. Various hypotheses for these differences are examined. An interesting possibility is that the average rotation is faster at low metallicities as a result of star formation processes. The much higher relative N-enrichment found by Venn et al. (1998) in A-type supergiants of the SMC, compared to galactic supergiants, also strongly supports the presence of more rotational mixing at low metallicities. We discuss whether high rotational mixing may be the source of primary nitrogen in the early chemical evolution of galaxies.

研究の動機と目的

• 異なる銀河における金属量の変化に伴い、Be星の割合が系統的に変化するかどうかを調査すること。
• 年齢範囲が狭い（log age = 7.00–7.40）集団を分析することで、Be星形成に及ぼす年齢と金属量の影響を分離すること。
• 低金属量環境におけるBe星割合の増加の物理的起源、特に回転混合の役割を解明すること。
• 低Zにおける強化された回転混合が、初期銀河の化学進化における観測された一次窒素蓄積を説明できるかどうかを評価すること。

提案手法

• 銀河系、LMC、SMCの若年集団（log age = 7.00–7.40）を、WEBDAデータベースからの信頼性の高い光度・分光データを用いて選定した。
• 21個の集団において、M_V = -5 から -1.4 の範囲（O9からB3型スペクトルタイプ）のBe星を数えた。
• 標準的な分光的基準とHα線放出を用いてBe星を同定し、データセット間の一貫性を確保した。
• 金属量（Z）が異なる銀河（SMC: Z ≈ 0.1 Z⊙、LMC: Z ≈ 0.5 Z⊙、銀河系: Z ≈ 1.0 Z⊙）間でのBe星割合を比較した。
• せん断混合、循環流れ、異方的質量損失を含む、回転星の理論的モデルを評価し、観測された傾向を解釈した。
• A型超巨星の元素組成データ（例：Venn 1998）を分析し、回転混合の間接的証拠として窒素蓄積度を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 若年集団において、B型星に対するBe星の相対的割合は金属量が低下するにつれて増加するか？
• RQ2 異なる銀河間のBe星割合の差は、年齢要因に起因するものか、それとも金属量が主因であるか？
• RQ3 SMCの超巨星における高い窒素蓄積が示唆するように、低金属量環境で回転混合がより効率的に行われている証拠はあるか？
• RQ4 低Zにおける回転混合が、初期銀河の化学進化における一次窒素の供給源となり得るか？

主な発見

• Be/(B+Be)比は、銀河系の内側で0.11、外側で0.19、LMCで0.23、SMCで0.39であり、金属量が低下するにつれて明確に増加している。
• SMCにおける高いBe星割合は、A型超巨星の窒素濃度が著しく増加していることと相関しており、[N/H]は銀河系の10〜20倍に達する。
• SMCの超巨星における観測された窒素蓄積は、二次的窒素生成が予想する程度を上回っており、回転混合による一次窒素生成の寄与が示唆される。
• データは、低金属量環境における質量星がより高い初期回転速度を持つこと、その結果、混合が強化され、Be星の形成が促進されることを支持する。
• 結果は、回転混合が初期銀河進化における一次窒素生成の主要メカニズムである可能性を示唆し、化学進化モデルと整合的である。
• 本研究では、LMCおよびSMC集団におけるv sin iの直接測定を要請しており、低Zと高速回転の間の関連を確認するものである。