[論文レビュー] Na-O Anticorrelation and HB. IV. Detection of He-rich and He-poor stellar populations in the globular cluster NGC 6218

E. Carretta, A. Bragaglia+10 more|ArXiv.org|Jan 8, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 42被引用数 32

ひとこと要約

本研究では、NGC 6218の79個の赤色巨星を対象に高分解能FLAMES/Giraffe分光測定を実施し、ナトリウムと酸素の同位体比に二重ピーク分布が見られることを確認した。これは、ヘリウム含有量が異なる2つの異なる星族が存在することを示している。ヘリウムが豊富な星とヘリウムが乏しい星の赤色巨星におけるぶつぶつ（bump）の明るさに差が生じる、最初の直接的分光的証拠が得られ、理論的予測を確認するとともに、化学的異常と初期銀河団形成プロセスを結びつけるものとなった。

ABSTRACT

We used the multifiber spectrograph FLAMES on the ESO Very Large Telescope UT2 to derive atmospheric parameters, metallicities and abundances of O and Na for 79 red giant stars in the Galactic globular cluster NGC 6218 (M 12). We analyzed stars in the magnitude range from about 1 mag below the bump to the tip of the Red Giant Branch. The average metallicity we derive is [Fe/H]=-1.31+/-0.004+/-0.028 dex (random and systematic errors, respectively), with a very small star-to-star scatter (rms=0.033 dex), from moderately high-resolution Giraffe spectra. This is the first extensive spectroscopic abundance analysis in this cluster. Our results indicate that NGC 6218 is very homogeneous as far as heavy elements are concerned. On the other hand, light elements involved in the well known proton-capture reactions of H-burning at high temperature, such as O and Na, show large variations, anticorrelated with each other, at all luminosities along the red giant branch. The conclusion is that the Na-O anticorrelation must be established in early times at the cluster formation. We interpret the variation of Na found near the RGB-bump as the effect of two distinct populations having different bump luminosities, as predicted for different He content. To our knowledge, NGC 6218 is the first GC where such a signature has been spectroscopically detected, when combined with consistent and homogeneous data obtained for NGC 6752 to gain in statistical significance.

研究の動機と目的

• 銀河団NGC 6218に、ヘリウム含有量が異なる複数の星族が存在するかを調査すること。
• 赤色巨星で観測されたNa-O反相関が、異なる星族の初期ヘリウム含有量を反映しているかどうかを特定すること。
• 理論的モデルが予測するように、初期ヘリウム含有量に応じて赤色巨星におけるぶつぶつの明るさが変化するかを検証すること。
• 化学的異常度と銀河団の軌道パラメータとの関連を評価すること。
• 赤水平枝の形態を示すクラスターにおいて、NaとOの高精度で一貫した元素比分析を提供すること。

提案手法

• ESOの非常に大型望遠鏡に搭載されたFLAMES装置を用いた高分解能・多ファイバー分光測定により、径速度と大気パラメータを取得すること。
• GIRAFFE分光データの解析を通じて、NGC 6218の79個の赤色巨星の[Fe/H]、[O/Fe]、[Na/Fe]の元素比を導出すること。
• 光度測定データを用いて、星の表面温度と表面重力の推定を行い、大気パラメータの補正に用いること。
• 赤色巨星ぶつぶつより上と下の星における元素比分布を比較し、明るさ依存の化学組成差を検出すること。
• NGC 6218のデータとNGC 6752のデータを統合し、ぶつぶつ明るさの差の統計的有意性を高めること。
• Na-O反相関と軌道パラメータとの相関関係を統計的に分析し、銀河団形成歴史の推定を行うこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 6218におけるNa-O反相関は、初期ヘリウム含有量が異なる2つの星族が存在することを示しているか？
• RQ2 ヘリウム含有量が豊富な星と乏しい星の間で、赤色巨星ぶつぶつの明るさに系統的差が生じるか？
• RQ3 NGC 6218で観測された元素比分布は、初期ヘリウム含有量が異なる二つの星族モデルで説明可能か？
• RQ4 NGC 6218におけるNa-O反相関の広がりは、異なる軌道パラメータを持つ他の銀河団と比較してどう異なるか？
• RQ5 ぶつぶつ明るさ付近で観測された元素比の段階的変化（ステップ状の特徴）は、ヘリウムが豊富な星とヘリウムが乏しい星の理論的予測と整合的か？

主な発見

• NGC 6218の平均金属量は[Fe/H] = -1.31 ± 0.004 ± 0.028 dexであり、星間のバラツキが極めて小さく（rms = 0.033 dex）、重元素において化学的に均一であることを示している。
• 赤色巨星のぶつぶつから赤色巨星における全明るさ範囲にわたり、明確なNa-O反相関が観測された。Oが乏しくNaが豊富な星と、Oが豊かでNaが乏しい星がほぼ同等の割合で存在した。
• ぶつぶつより明るい星では、明るさが低い星に比べて[Na/Fe]が系統的に高く、[O/Fe]が低く、明るさ依存の元素比パターンが確認された。
• ぶつぶつ明るさ付近で、[Na/Fe]および[O/Fe]の分布に明確な段階的特徴（ステップ状の変化）が検出された。これは、ヘリウムが豊富な星とヘリウムが乏しい星のぶつぶつ明るさに差があるという、最初の分光的証拠となった。
• NGC 6752のデータと統合した結果、観測されたぶつぶつ明るさの差は統計的に有意であり、初期ヘリウム含有量が異なる2つの星族が実際に存在することを確認した。
• NGC 6218は、軌道パラメータと化学的異常度の相関関係に従っており、より大きな軌道傾きや長い公転周期を持つ銀河団では、形成時のガス保持が良好で、化学的異常度がより広範にわたることが示唆された。