[論文レビュー] Galactic abundance gradients from Cepheids: alpha and heavy elements in the outer disk

B. Lemasle, P. François+12 more|arXiv (Cornell University)|Aug 14, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 5被引用数 47

ひとこと要約

本研究は、高分解能分光法と正確な近赤外周期＝ウェゼンダイター距離を用いて、65個のミルキーウェイのセフェイドで軽元素、アルファ元素、重元素の半径方向の元素組成勾配を測定した。線リストの違いにより、外縁部でY、Nd、Laの勾配が急峻であることが確認され、太陽半径以降の勾配の平坦化は認められず、内縁部と外縁部の成分の間の時間的に変化する遷移帯域が支持された。

ABSTRACT

Context: Galactic abundance gradients set strong constraints to chemo-dynamical evolutionary models of the Milky Way. Given the PL relations that provide accurate distances and the large number of spectral lines, Cepheids are excellent tracers of the present-day abundance gradients. Aims: We want to measure the Galactic abundance gradient of several chemical elements. While the slope of the Cepheid iron gradient did not vary much from the very first studies, the gradients of the other elements are not that well constrained. In this paper we focus on the inner and outer regions of the Galactic thin disk. Methods: We use HR spectra (FEROS, ESPADONS, NARVAL) to measure the abundances of several light (Na, Al), alpha (Mg, Si, S, Ca), and heavy elements (Y, Zr, La, Ce, Nd, Eu) in a sample of 65 Milky Way Cepheids. Combining these results with accurate distances from period-Wesenheit relations in the NIR enables us to determine the abundance gradients in the Milky Way. Results: Our results are in good agreement with previous studies on either Cepheids or other tracers. In particular, we confirm an upward shift of approximatively 0.2 dex for the Mg abundances, as has recently been reported. We also confirm the existence of a gradient for all the heavy elements studied in the context of a LTE analysis. However, for Y, Nd, and especially La, we find lower abundances for Cepheids in the outer disk than reported in previous studies, leading to steeper gradients. This effect can be explained by the differences in the line lists used by different groups. Conclusions: Our data do not support a flattening of the gradients in the outer disk, in agreement with recent Cepheid studies and chemo-dynamical simulations. This is in contrast to the open cluster observations but remains compatible with a picture where the transition zone between the inner disk and the outer disk would move outward with time.

研究の動機と目的

• セフェイドを tracer として用いて、銀河の薄いディスクにおける主要な要素（軽元素、アルファ元素、重元素）の半径方向の元素組成勾配を測定すること。
• 以前の研究で報告された重元素の元素組成勾配の不一致、特にY、Nd、Laに関して解消すること。
• セフェイドとシミュレーション研究が示唆するように、外縁部（R > 10 kpc）で元素組成勾配が平坦化するかどうかをテストすること。
• とくに希土類元素に対して、原子線リストの違いが元素組成の決定に与える影響を評価すること。
• 特に内縁部と外縁部のディスク成分の遷移帯域のタイミングと場所に関する、銀河の化学的・力学的進化に関する更新された制約を提供すること。

提案手法

• 銀河ディスク全域にわたる65個のセフェイドの高分解能分光法（FEROS、ESPADONS、NARVAL）を取得し、元素組成を測定した。
• 近赤外の周期＝ウェゼンダイター（p-W）関係を用いて、各セフェイドの正確な距離を導出し、正確な銀河中心距離の決定を可能にした。
• 局所熱力学的平衡（LTE）解析を実施し、Na、Al、Mg、Si、S、Ca、Y、Zr、La、Ce、Nd、Eu の元素組成をスペクトル線から導出した。
• 以前の研究と結果を比較し、一貫性を評価し、特に重元素に関して顕著な不一致を特定した。
• とくに希土類元素に対して、原子線リストの違いが元素組成測定に与える影響を調査した。
• 誤差の伝播を距離と組成の不確実性に考慮した線形回帰を用いて、半径方向の元素組成勾配をフィッティングした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アルファ元素および重元素の半径方向の元素組成勾配が、外縁部（R > 10 kpc）でも急峻のまま維持されるか、それとも一部の開放集団データが示唆するように平坦化するか？
• RQ2 原子線リストの違いが、セフェイドにおけるY、Nd、Laなどの重元素の導出組成にどのように影響するか？
• RQ3 セフェイドベースの元素組成勾配は、F型星、赤クラウド星、RAVE や APOGEE などの他の tracer から得られたものとどの程度一致するか？
• RQ4 内縁部と外縁部の銀河ディスクの間の時間的に変化する遷移帯域の証拠があるか、勾配の平坦化がないことから示唆されるように？
• RQ5 非LTE効果がBaなどの重元素の組成決定に与える影響は何か、そしてこれはLTE結果とどのように比較されるか？

主な発見

• マグネシウム（Mg）の組成が約0.2 dex上昇していることが確認され、Luck と Lambert（2011）の以前の報告と整合的である。
• イットリアン（Y）、ネーディウム（Nd）、特にランタニウム（La）に関しては、外縁部セフェイドの組成が以前に報告された値よりも低く、結果としてより急峻な半径方向の元素組成勾配が得られた。
• このより急峻な勾配は、内因的組成変動ではなく、以前の研究で使用された原子線リストの違いに起因する。
• 全研究要素（アルファ元素および重元素を含む）の半径勾配は、内縁部から外縁部への連続的な低下を示し、外縁部に平坦化の兆しなし。
• この結果は、Luck たちは（2011）と Luck と Lambert（2011）のセフェイド研究、および Minchev たちは（2012）の化学的・力学的シミュレーションと良好に一致している。
• 内縁部と外縁部のディスク成分の遷移帯域が時間とともに外側に移動するモデルと整合的であり、Jacobson たちは（2011b）の報告とも一致する。