[論文レビュー] Multiple populations in globular clusters. Lessons learned from the Milky Way globular clusters

R. Gratton, E. Carretta+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 31, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 375被引用数 441

ひとこと要約

本論文は、銀河系の球状星団から得られた証拠をレビューし、それらが第二世代星で異常な軽元素の過剰（C, N, O, Na, Al）を示す複数の星族を有することを示している。第一世代星からの汚染によって形成された。主な貢献は、複数の世代が球状星団形成の根本的特徴であることを確立し、星団および銀河の進化モデルを再構築したことである。

ABSTRACT

Recent progress in studies of globular clusters has shown that they are not simple stellar populations, being rather made of multiple generations. Evidence stems both from photometry and spectroscopy. A new paradigm is then arising for the formation of massive star clusters, which includes several episodes of star formation. While this provides an explanation for several features of globular clusters, including the second parameter problem, it also opens new perspectives about the relation between globular clusters and the halo of our Galaxy, and by extension of all populations with a high specific frequency of globular clusters, such as, e.g., giant elliptical galaxies. We review progress in this area, focusing on the most recent studies. Several points remain to be properly understood, in particular those concerning the nature of the polluters producing the abundance pattern in the clusters and the typical timescale, the range of cluster masses where this phenomenon is active, and the relation between globular clusters and other satellites of our Galaxy.

研究の動機と目的

• 銀河系の球状星団における複数の星族に関する最近の観測的・理論的進展を統合すること。
• 星団形成における単一星族から複数の世代へのパラダイムシフトを扱うこと。
• 複数の星族が銀河のハロー形成歴および第二のパラメータ問題に与える影響を探ること。
• 汚染源、核融合反応機構、および星団形成における流体力学の役割に関する未解決の問題を特定すること。
• 未解決の疑問を解消するための今後の観測戦略（高精度分光測定および光度測定）を提言すること。

提案手法

• 複数の球状星団における星々の軽元素の過剰（C, N, O, Na, Al, F, Mg）を測定する高分解能分光測定データの分析。
• 特にNGC 6397のような星団において、複数の主系列および準巨星分岐を特定する高精度光度測定の利用。
• 分光測定と光度測定の特徴を比較し、化学的異常と複数の分岐の間の関連を確認。
• 中間質量のAGB星または高速回転する大質量星を汚染源とする自己豊度モデルの適用。
• SEGUE, RAVE, Gaia, HERMES, LAMOSTの調査から得られる運動学的データを用いて、ハロー星の流れを追跡し、星団の捕獲歴を制約。
• ALMAおよび積分場分光測定データの統合により、大質量星形成領域における冷却流およびISM状態を調査。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 球状星団の星々に観測された過剰な元素異常（例：Na-O反相関）の原因は何か。それらを引き起こす汚染源は何か。
• RQ2 球状星団における星形成エピソードの時系列と関連する核融合反応機構の関係は何か。
• RQ3 球状星団に見られる複数の星族は、そのハローの形成歴および捕獲された衛星天体の歴史をどの程度反映しているか。
• RQ4 一部の星団に複数の主系列が見られるのに対し、他の星団には見られないのはなぜか。これは星団質量および形成条件にどのような含意を持つのか。
• RQ5 他の銀河における大質量星形成領域と球状星団との間の関連は、観測的類似例を通じて確立できるか。

主な発見

• 光度測定（複数の主系列）と分光測定（過剰異常）の両方の証拠により、球状星団における複数の星族は現在、しっかり確立されている。
• 星団の第二世代星は化学的に特徴的で、NaとAlが過剰で、CとOが欠乏しており、第一世代星からの汚染を示している。
• 星団の第一世代星は主に低質量星でハローに似た組成を示し、第二世代星が現在の人口を占めている。
• NGC 6397の主系列は高精度光度測定により二つの明確な分岐に分解され、複数の星族の存在が確認された。
• 複数の星族の形成は、中間質量のAGB星または高速回転する大質量星による自己豊度によって引き起こされる可能性が高く、正確な汚染源は未だ不明である。
• Gaia, HERMES, LAMOSTなどの今後の調査は、10⁵以上の星々の運動学的および過剰データを提供し、星団の力学的および化学的進化の詳細な研究を可能にする。