[論文レビュー] Multiple stellar populations in Magellanic Clouds clusters. I. An ordinary feature for intermediate age globulars in the LMC?

A. P. Milone, L. R. Bedin+2 more|ArXiv.org|Oct 14, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 165

ひとこと要約

本研究では、16個の中程度の年齢のLMC集団のハッブル宇宙望遠鏡ACSの光度測定を用いて、二重の星族（主系列回折点に二重性または広がりがあることによって示される）が一般的であることを示した。約70％の集団が150–250 Myrにわたる継続的または断続的な星形成の証拠を示しており、その結果は中質量AGB汚染シナリオを支持する。このシナリオでは、集団環境内での自己豊度化によって複数の星族が形成される。

ABSTRACT

The discovery of multiple MSs in NGC2808 and Omega Centauri, and multiple SGBs in NGC1851 and NGC6388 has challenged the long-held paradigm that GCs consist of simple stellar populations. This picture has been further complicated by recent studies of the LMC intermediate-age clusters, where the MSTO was found to be bimodal or broadened. We have undertaken a study of archival HST images of LMC and SMC clusters with the aim of measuring the frequency of clusters with evidence of multiple or prolonged star formation events and determining their main properties. In this paper, we analyse the CMD of 16 intermediate-age LMC clusters. We find that 11 clusters show an anomalous spread (or split) in color and magnitude around the MSTO. We demonstrate that the observed feature is unequivocally associated to the clusters and that it is not an artifact due to photometric errors, differential reddening or binaries. We confirm that NGC 1806 and NGC 1846 clearly exhibit two distinct MSTOs and observe, for the first time, a double MSTO in NGC 1751. In these three clusters the population corresponding to the brighter MSTO includes more than two-thirds of cluster stellar population. We confirm the presence of multiple stellar populations in NGC 1783 and suggest that the MSTO of this cluster is formed by two distinct branches. In 7 clusters (ESO057-SC075, HODGE7, NGC1852, NGC1917, NGC1987, NGC2108, and NGC2154) we observed an intrinsic broadening of the MSTO that may suggest that these clusters have experienced a prolonged period of star formation (150-250 Myr). The CMDs of IC2146, NGC1644, NGC1652, NGC1795 and NGC1978 show no evidence of spread or bimodality. In summary 70$\pm$25% of our sample are not consistent with the simple, single stellar population hypotesis.

研究の動機と目的

• 高精度のハッブル宇宙望遠鏡光度測定を用いて、中程度の年齢のLMC集団における複数星族の頻度を調査すること。
• これらの集団で観測された主系列回折点（MSTO）特徴が、複数回の星形成イベントに起因するのか、観測アーティファクトに起因するのかを特定すること。
• 色-等級図（CMD）の異常、特に二重性または広がったMSTOが、差分赤方偏移、光度測定誤差、または連星星によるものではなく、集団固有のものであるかどうかを評価すること。
• 二重星族を示す集団、特にNGC 1806、NGC 1846、NGC 1751において、年齢スパンと星族割合を定量化すること。
• 観測された年齢スパンが、複数星族形成のための中質量AGB汚染シナリオと整合しているかどうかを検証すること。

提案手法

• 53個のマゼラン雲集団のアーカイブHST ACS画像を分析し、年齢とデータ品質に基づいて16個を詳細な研究対象に選定。
• Andersonら（2008）の還元手法を用いて光度測定を実施し、必要に応じて差分赤方偏移を補正。
• 人工星テストにより、観測されたMSTOの広がりが光度測定誤差や連星星の影響によるものでないことを確認。
• BaSTI等年齢曲線と観測CMDを比較し、最良適合パラメータ（距離モジュラス、赤方偏移、金属量、年齢）を導出。
• MSTOの明るい部分と暗い部分にそれぞれ二つの異なる等年齢曲線をフィットさせ、それらの間の年齢差を測定することで、二重MSTO特徴の特定。
• 各集団周囲の場所星CMDを用いて、MSTO異常が集団固有のものであり、背景または前方の汚染によるものでないことを確認。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 主系列回折点における異常から、中程度の年齢のLMC集団に複数の星族が一般的に存在するのか？
• RQ2 観測された二重性または広がったMSTO特徴は、複数回の星形成イベントに起因するのか、それとも光度測定や赤方偏移のアーティファクトに起因するのか？
• RQ3 これらの集団で観測された年齢スパンから推定される星形成エピソードの典型的期間は何か？
• RQ4 二重MSTOを示す集団における二つの星族の相対的割合はどの程度か？また、AGB汚染モデルの予測と一致するか？
• RQ5 150–250 Myrの観測された年齢スパンが複数の集団で一貫しており、共通の形成メカニズムを示唆するのか？

主な発見

• 16個のうち11個（70 ± 25％）の中程度の年齢のLMC集団が、主系列回折点（MSTO）領域における異常を示し、複数の星族の証拠を示している。
• NGC 1806、NGC 1846、NGC 1751では二つの明確なMSTOが観測され、少なくとも200–250 Myrの間隔をあける二つの主要な星形成エピソードを示している。
• 二重MSTOを示す3つの集団すべてにおいて、明るい（若年）星族が全星族の2/3以上を占めており、中質量AGB汚染シナリオと整合している。
• NGC 1783のMSTOは、非常に近接して分離した解像度の低い二本の分岐を強く示唆しており、M08の光度測定による複数星族の証拠を支持する。
• ESO057-SC075、HODGE7、NGC 1852、NGC 1917、NGC 1987、NGC 2108、NGC 2154の7つの集団は、広がったMSTOを示しており、150–250 Myrにわたる継続的な星形成エピソードを示している。
• 人工星テストにより、観測されたMSTOの広がりが光度測定誤差や連星星によるものではないことが確認され、場所星CMDにより、特徴が集団固有であり、差分赤方偏移や背景汚染によるものでもないことが確認された。