[論文レビュー] FORS2/VLT survey of Milky Way globular clusters I. Description of the method for derivation of metal abundances in the optical and application to NGC 6528, NGC 6553, M 71, NGC 6558, NGC 6426 and Terzan 8

Bruno Dias, B. Barbuy+7 more|arXiv (Cornell University)|Sep 15, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 59被引用数 16

ひとこと要約

本研究では、ETOILEコードと星族ライブラリ（MILESおよびCoelho et al. 2005）を用いた耐障害性の高い全スペクトルフィッティング手法を提示し、中分解能（R ~ 2,000）のFORS2/VLTスペクトルから、銀河の6つの球状星団に属する赤色特巨星の星像パラメータ（効果的温度、重力加速度、金属量、[α/Fe]、径運動速度）を導出する。主な貢献は、NGC 6426の最初の分光的測定としての[Fe/H] = -2.39 ± 0.04および[Mg/Fe] = 0.38 ± 0.06の決定であり、金属量が乏しい性質と、場星の傾向と整合していることを確認している。

ABSTRACT

(abridged) We have observed almost 1/3 of the globular clusters in the Milky Way, targeting distant and/or highly reddened objects, besides a few reference clusters. A large sample of red giant stars was observed with FORS2@VLT/ESO at R ~ 2,000. The method for derivation of stellar parameters is presented with application to six reference clusters. We aim at deriving the stellar parameters effective temperature, gravity, metallicity and alpha-element enhancement, as well as radial velocity, for membership confirmation of individual stars in each cluster. We analyse the spectra collected for the reference globular clusters NGC 6528, NGC 6553, M 71, NGC 6558, NGC 6426 and Terzan 8. They cover the full range of globular cluster metallicities, and are located in the bulge, disc and halo. Full spectrum fitting techniques are applied, by comparing each target spectrum with a stellar library in the optical region at 4560-5860 A. We employed the library of observed spectra MILES, and the synthetic library by Coelho et al. (2005). Validation of the method is achieved through recovery of the known atmospheric parameters for 49 well-studied stars that cover a wide range in the parameter space. We adopted as final stellar parameters (effective temperatures, gravities, metallicities) the average of results using MILES and Coelho et al. libraries. We identified 4 member stars in NGC 6528, 13 in NGC 6553, 10 in M 71, 5 in NGC 6558, 5 in NGC 6426 and 12 in Terzan 8. Radial velocities, Teff, log(g), [Fe/H] and alpha-element enhancements were derived. We derived abundances for NGC 6426 from spectroscopy for the first time. The method proved to be reliable for red giant stars observed with resolution R ~ 2,000, yielding results compatible with high-resolution spectroscopy. The derived alpha-element abundances show [A/Fe] vs. [Fe/H] consistent with that of field stars at the same metallicities.

研究の動機と目的

• 中分解能（R ~ 2,000）の可視域スペクトルから、球状星団の赤色特巨星の星像パラメータ（Teff、log g、[Fe/H]、[α/Fe]、径運動速度）を信頼性高く導出するための手法を開発すること。
• 広範な温度、重力、金属量、アルファ要素増強の範囲をカバーする既知のパラメータを持つ標準星49個を用いて、手法の妥当性を検証すること。
• 銀河の6つの球状星団（NGC 6528、NGC 6553、M 71、NGC 6558、NGC 6426、Terzan 8）を対象とし、金属量の全範囲をカバーする。
• 特にNGC 6426およびTerzan 8のように、高分解能データが限られている星団について、個々の星の分光的金属量とアルファ要素分画を精密に提供すること。
• 異なる銀河的構成（核、円盤、ハロー）における場星の分画傾向と整合性があるかどうかを確認すること、特に[α/Fe]対[Fe/H]関係について。

提案手法

• ETOILEコードを用いた全スペクトルフィッティングにより、観測されたFORS2/VLTスペクトル（R ~ 2,000、4560–5860 Å）と星族ライブラリを比較する。
• 2つのライブラリの使用：観測されたMILESライブラリと、合成されたCoelho et al. (2005)ライブラリ。最終的なパラメータは両者の結果の平均値をとる。
• 4000 K < Teff < 6000 K、0.0 < log g < 4.0、-2.5 < [Fe/H] < +0.3、-0.2 < [Mg/Fe] < +0.6の範囲をカバーする49個の標準星を用い、既知の大気パラメータ（Teff、log g、[Fe/H]、[Mg/Fe]）の回復を検証する。
• 金属量が豊富な星団（例：NGC 6528、NGC 6553）には、観測された性質と高金属量・高アルファ星の良好なカバレッジを有するMILESライブラリを用いる。
• 金属量が乏しい星団（例：NGC 6426、Terzan 8）には、MILESライブラリが高[α/Fe]星（特に[α/Fe] > 0.4）を十分にカバーしていないため、Coelho et al. の合成ライブラリを用いる。
• 径運動速度の決定には、相互相関とラインプロファイルフィッティングを用い、恒星のメンバー性の確認に利用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中分解能（R ~ 2,000）スペクトルを用いた全スペクトルフィッティングにより、球状星団の赤色特巨星の星像パラメータ、特に金属量および[α/Fe]を信頼性高く導出できるか？
• RQ2 MILESライブラリとCoelho et al. (2005)ライブラリからのパラメータ推定値はどのように比較されるか？また、異なる金属量領域において、どちらのライブラリがより優れているか？
• RQ3 個々の星からの分光的測定が全くないNGC 6426の正確な径運動速度、金属量、アルファ要素分画は何か？
• RQ4 これらの星団で導出された[α/Fe]分画は、同じ金属量における場星の傾向と一致するか？
• RQ5 6つの標的星団が銀河の核、円盤、ハローを代表する多様な銀河的構成をカバーする中で、この手法は頑健に機能するか？

主な発見

• 広範なTeff、log g、[Fe/H]、[Mg/Fe]の範囲をカバーする49個の標準星に対して、既知の星像パラメータが正確に回復された。この結果は、球状星団研究への手法の信頼性を裏付けている。
• NGC 6426では、個々の星からの最初の分光的測定として、[Fe/H] = -2.39 ± 0.04および[Mg/Fe] = 0.38 ± 0.06が得られ、金属量が乏しい性質が確認された。
• NGC 6426の径運動速度は<v helio> = -242 ± 11 km/sであり、ハロー領域に位置するという点と整合的である。
• 星団の[α/Fe]対[Fe/H]関係は、同様の金属量を持つ場星で観測されたものと一致しており、共通の化学的増幅歴を支持している。
• 金属量が乏しく[α/Fe]が高い星団では、MILESライブラリがCoelhoライブラリよりも信頼性が高く、後者は[α/Fe] < 0.4 dexに制限されている。
• この手法は、銀河の球状星団の大規模な調査に適用可能であり、同程度の分解能を有するデータを用いた銀河外研究に対しても有望である。