[論文レビュー] Metal-rich globular clusters in the galactic disk: new age determinations and the relation to halo clusters

M. Salaris, Achim Weiß|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 1998

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 1被引用数 14

ひとこと要約

本稿では、更新された$α$-増強星のモデルを用いて、銀河のディスクに位置する金属過剰な球状星団3つ（47 Tuc、M71、NGC6352）の年齢を新たに決定した。その結果、これらの星団は約9.2 Gyrの年齢であり、最も古いディスク白色矮星と同時に形成されたと示された。また、これらの星団は太陽に類似したヘリウム含有量を示しており、高金属量における正確な年齢および距離予測には$α$-増強等時曲線が不可欠であることが明らかになった。これは、従来のHIPPARCOSに基づく距離との不一致を解消するものである。

ABSTRACT

New age determinations of the galactic disk globular clusters 47 Tuc, M71 and NGC6352 have been performed with our up-to-date alpha-enhanced stellar models. We find that all three clusters are about 9.2 Gyr old and therefore coeval with the oldest disk white dwarfs. Several arguments are presented which indicate that the initial helium content of the stars populating these clusters is close to the solar one. We also revisit a total of 28 halo clusters, for which we use an updated [Fe/H] scale. This new metallicity scale leads on average to an age reduction of around 0.8 Gyr relative to our previous results. We compare the predicted cluster distances, which result from our dating method, with the most recent distances based on HIPPARCOS parallaxes of local subdwarfs. We further demonstrate that for the most metal-rich clusters scaled-solar isochrones no longer can be used to replace alpha-enhanced ones at the same total metallicity. The implications of the presented age determinations are discussed in the context of the formation history of the Galaxy.

研究の動機と目的

• 改良された星の進化モデルを用いて、銀河ディスク内の金属過剰な球状星団の正確な年齢を決定すること。
• これらのディスク星団における初期ヘリウム含有量を評価し、ハロー星団と比較すること。
• 更新された[Fe/H]金属量スケールを用いて、28個のハロー星団の年齢を再評価すること。
• 等時曲線フィッティングによる予測距離が、HIPPARCOSの視差データとどの程度整合するかを検証すること。
• 同じ全金属量において、スケールド・ソーラー等時曲線が$α$-増強等時曲線に置き換え可能かどうかを検討すること。

提案手法

• 更新された状態方程式（OPAL EOS）および透明度処理を備えた最新の$α$-増強星のモデルを採用した。
• 47 TucおよびNGC6352では$Δ V$年齢指標（ZAHBからTOまでの明るさ差）を、貧弱な水平枝星の存在のためM71では$Δ(B-V)$指標（TOからRGB基部までの色差）を適用した。
• Carretta & Gratton (1997)が提示した見直された[Fe/H]金属量スケールを用いて、28個のハロー星団の年齢を再計算した。
• 金属過剰星団の観測された組成パターンに一致する$α$-増強重元素混合を用いて等時曲線を計算した。
• 近隣の亜矮星のHIPPARCOS視差距離と、等時曲線フィッティングによる予測距離を比較した。
• 高金属量における$α$-増強モデルと比較して、スケールド・ソーラー等時曲線の色および進化軌道の妥当性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 金属過剰なディスク球状星団は、最も古いディスク白色矮星と同時に形成されたとみるべきであり、これは銀河ディスクの形成スケールにどのような意味を持つのか？
• RQ2 金属過剰なディスク球状星団における初期ヘリウム含有量は何か？また、同程度の金属量を持つハロー星団とはどのように異なるのか？
• RQ3 更新された[Fe/H]金属量が、従来の推定値と比較して、ハロー球状星団の年齢決定にどのような影響を与えるか？
• RQ4 同じ全金属量において、スケールド・ソーラー等時曲線が金属過剰星団の$α$-増強等時曲線に置き換え可能か？
• RQ5 等時曲線に基づく距離予測は、近隣の亜矮星におけるHIPPARCOS視差測定とどの程度一致するか？

主な発見

• 金属過剰なディスク球状星団3つ（47 Tuc、M71、NGC6352）はいずれも約9.2 Gyrの年齢であり、最も古いディスク白色矮星と同時に形成されたことを示唆している。
• これらのディスク星団には、太陽に類似した初期ヘリウム含有量があるという強い証拠がある。これは、同程度の金属量を持つハロー星団で推定される通常の低いヘリウム含有量とは対照的である。
• 更新された[Fe/H]スケールにより、28個のハロー星団の平均年齢は、従来の推定値と比較して約0.8 Gyr低下した。
• 金属量$Z > Z_{\odot}/10$の金属過剰星団では、$α$-増強等時曲線が不可欠であり、同じ全金属量であってもスケールド・ソーラー等時曲線では置き換えられない。
• 等時曲線フィッティングによる予測距離は、近隣の亜矮星についてHIPPARCOSに基づく距離とよく一致しており、この手法の信頼性が裏付けられた。
• 年齢-銀河中心距離関係から、10 kpc圏内では2.5 Gyrの年齢分散が認められ（外れ値を除く）、ディスク星団はこの範囲の下限に位置しており、内側ハローと比較して後発の形成を示唆している。