[論文レビュー] Light and Heavy Elements in the Galactic Bulge

F. Matteuccí, D. Romano+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 1998

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、内部から始まる銀河形成モデルを用いて、銀河のへそ（ギャラクティック・バルジ）の化学的進化を調査し、初期質量関数（IMF）の変化が金属量予測に与える影響を検証する。結果として、トップヘビーなIMFが観測されたK超巨星の金属量とよりよく一致し、鉄に比してα要素が強化され、太陽系近辺と同様のリチウム-金属量傾向を予測する。

ABSTRACT

The chemical evolution of the Galactic bulge is treated here in the context of an inside-out model for the Galaxy formation. We assume that this central region evolved even faster than the Galactic halo and test the effect of changing the slope of the IMF on the predicted stellar metallicity distribution for bulge stars. An IMF favoring the formation of massive stars is found to improve the agreement with the most recently observed metallicity distribution of bulge K giants. Then, we make specific predictions about temporal evolution of several light and heavy species in the Galactic bulge. We predict that alpha-elements should be enhanced relative to Fe for most of the [Fe/H] range, with different degrees of enhancement due to the different nucleosynthetic history of each element, and show that Lithium abundance should follow a trend with metallicity similar to that found for the solar neighbourhood. Several possible stellar Li sources are discussed.

研究の動機と目的

• 内部から始まる銀河形成モデル内で、ギャラクティック・バルジの化学的進化を理解すること。
• 異なる初期質量関数（IMF）の勾配が、バルジにおける予測される星の金属量に与える影響を評価すること。
• 特にα要素およびリチウムの時間的濃度傾向を予測すること。
• バルジK超巨星の金属量分布に関する最近の観測データとモデル予測を比較すること。
• 核合成歴に基づく、バルジにおけるリチウムの可能性のある星間源を評価すること。

提案手法

• 銀河の内部から始まる形成モデルを採用し、バルジがハローとは独立して急速に形成されたと仮定する。
• IMFの勾配を変化させることで、バルジ星の予測される金属量分布への影響をテストする。
• 大質量星およびAGB星からの核合成収量を用いて、α要素およびリチウムの生成をモデル化する。
• 化学的進化方程式を適用し、酸素（O）、ネオン（Ne）、マグネシウム（Mg）、ケイ素（Si）、カルシウム（Ca）、およびリチウム（Li）などの元素の時間依存濃度を追跡する。
• モデル予測を、ギャラクティック・バルジのK超巨星の観測された金属量と比較する。
• 化学的進化フレームワーク内での、リチウム生成メカニズム（スパラレーションおよび星からの寄与など）を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IMF勾配の選択が、バルジ星の予測される金属量分布にどのように影響するか？
• RQ2 ギャラクティック・バルジにおいて、[Fe/H]の範囲全域にわたり、鉄に比してα要素はどの程度強化されているか？
• RQ3 バルジにおけるリチウム濃度の時間的進化は予想されるか？また、太陽系近辺と比較してどうなるか？
• RQ4 どの星間源が、ギャラクティック・バルジで観測されたリチウム濃度を説明できるか？
• RQ5 急速に形成されるバルジを有する内部から始まるモデルが、現在のバルジ金属量観測データをどの程度よく再現するか？

主な発見

• 大質量星の形成を促進するトップヘビーなIMFが、ギャラクティック・バルジのK超巨星の観測金属量分布とよりよく一致する。
• 酸素（O）、ネオン（Ne）、マグネシウム（Mg）、ケイ素（Si）、カルシウム（Ca）などのα要素は、[Fe/H]の大部分の範囲で鉄に比して強化されていると予測され、異なる核合成歴に起因する。
• バルジにおけるリチウム濃度は、太陽系近辺で観測されたものと同様の金属量依存傾向を示すと予想され、両地域におけるLi進化の共通の起源を支持する。
• モデルは、スパラレーションおよび低・中質量星からの寄与を含む、リチウムの複数の可能性のある源を同定するが、主要メカニズムはまだ不明である。
• 予測される濃度パターンは、現在の観測データと整合しており、特に金属貧困および金属豊富なバルジ星において顕著である。
• 本研究は、ギャラクティック・バルジが急速に進化したことを確認し、短い時間スケール内でコアコアプス超新星とAGB星が化学的増幅を支配したことを示している。