[論文レビュー] Na-O Anticorrelation and HB. VII. The chemical composition of first and second-generation stars in 15 globular clusters from GIRAFFE spectra

E. Carretta, A. Bragaglia+13 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Sep 16, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 60被引用数 492

ひとこと要約

本研究では、15個の球状銀河団にまたがる1,409個の赤色巨星に対して、FLAMES/GIRAFFE分光法を用いてFe、Na、Oの同様の分析を実施し、3つの星族（原始的P、中間的I、極端的E）を定義する二重性のNa-O反相関が明らかになった。主な発見は、Na-O反相関の勾配が銀河団の金属量と明るさに依存しており、汚染星の平均質量と銀河団質量の相関を示しており、E星族は質量の大きな銀河団で顕著である。

ABSTRACT

We present abundances of Fe, Na, and O for 1409 red giant stars in 15 galactic globular clusters, derived from the homogeneous analysis of high resolution FLAMES/GIRAFFE spectra. Combining the present data with previous results, we obtained a total sample of 1958 stars in 19 clusters, the largest and most homogeneous database of this kind to date. Our GCs have [Fe/H] from -2.4 to -0.4, with a wide variety of global parameters (morphology of the horizontal branch, mass, concentration, etc). For all clusters we find the Na-O anticorrelation, the classical signature of proton-capture reactions in H-burning at high temperature in a previous generation of more massive stars, now extinct. Using quantitative criteria (from the morphology and extension of the Na-O anticorrelation), we can define 3 components of the stellar population in GCs: a primordial component (P) of first-generation stars, and 2 components of second-generation stars (intermediate I and extreme E populations from their different chemical composition). The P component is present in all GCs, and its fraction is almost constant at about one third. The I component represents the bulk of the cluster population. The E component is not present in all GCs, and it is more conspicuous in some (but not in all) of the most massive ones. We discuss the fractions and spatial distributions of these components in our sample and in two additional clusters (M3 and M13) from the literature. We also find that the slope of the anti-correlation (defined by the minimum O and maximum Na abundances) changes from cluster-to-cluster, a change that is represented well by a bilinear relation on cluster metallicity and luminosity. This second dependence suggests a correlation between average mass of polluters and cluster mass.

研究の動機と目的

• 高分解能分光法を用いて、球状銀河団内の第一世代および第二世代星の化学組成を特定すること。
• 銀河団星における軽元素（Na、O、C、N）の星間組成変動という長年の謎を解明すること。
• 多様なサンプルの銀河団における原始的（P）、中間的（I）、極端的（E）星族の相対的割合を定量化すること。
• Na-O反相関の勾配が銀河団の金属量および可視光バンドの絶対等級（質量の代理）にどのように依存するかを調査すること。
• 観測された組成パターンを、汚染星としての高質量AGB星の予測と照らし合わせることで、核合成モデルを検証すること。

提案手法

• 15個の球状銀河団にまたがる1,409個の赤色巨星に対して、高分解能のFLAMES/GIRAFFE分光法を用いてFe、Na、Oの含有量を測定した。
• 同様の分光的解析パイプラインを用いて含有量を導出し、銀河団間での一貫性を確保した。
• Na-O反相関の勾配を定量化するために、最小の[O/Fe]値と最大の[Na/Fe]値を用いた。
• 勾配を銀河団の金属量[Fe/H]および絶対可視光バンド等級（銀河団質量の代理）と相関させ、汚染星の質量を推定した。
• 希釈シーケンスを用いて、元の（汚染されていない）OおよびNa含有量を推定し、核合成モデルと比較可能にした。
• ストルンゲンフィルムを用いて窒素含有量の変動と色-等級図への影響を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 さまざまな金属量と質量の銀河団において、原始的（P）、中間的（I）、極端的（E）星族の相対的割合はどの程度か？
• RQ2 Na-O反相関の勾配は、さまざまな球状銀河団でどのように変化するのか？これは汚染星の質量にどのような含意を持つのか？
• RQ3 極端的（E）星族はすべての質量の大きな銀河団に存在するのか、それとも質量以外の銀河団パラメータに依存するのか？
• RQ4 P、I、E星族の空間的分布にどのような差があるのか？これは銀河団形成および進化にどのような含意を持つのか？
• RQ5 観測されたNa-O反相関パターンは、高質量AGB星の核合成予測とどの程度一致するのか？

主な発見

• 原始的（P）星族は、星間星に類似した含有量を示し、調査された19個の銀河団すべてに存在し、全星族の約1/3を占める。
• 中間的（I）星族は、多くの銀河団で星族の大部分を占め、観測された星のうち60–70％を占める。
• 極端的（E）星族はすべての銀河団に存在するわけではなく、質量の大きな銀河団で顕著であるが、47 Tuc や M15 のような質量の大きなシステムでも必ずしも存在するわけではない。
• Na-O反相関の勾配は、銀河団の金属量および絶対可視光バンド等級と相関しており、銀河団質量に系統的な依存関係があることを示している。
• 観測された反相関勾配は、高質量AGB星の核合成予測と定性的には一致するが、定量的には一致しない。これは、汚染星の平均質量が全銀河団質量と反比例している可能性を示唆している。
• NGC 6752では、P星はNが乏しく、色-等級図できわめてきつい青色シーケンスに位置するが、I星（Nが豊富）は混合組成のため、広がった分布を示す。