[論文レビュー] Observations of the Hot Horizontal-Branch Stars in the Metal-Rich Bulge Globular Cluster NGC 6388 - Indications of Helium Enrichment and a Lesson in Crowded Field Spectroscopy

S. Moehler, A. V. Sweigart|ArXiv.org|Jun 2, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 30被引用数 25

ひとこと要約

本研究は、金属過剰なバルジ球状星団NGC 6388における高温の水平枝（HB）星を、中分解能VLT分光計で調査し、ヘリウムの豊度上昇に関する仮説を検証する。冷却されたブルーテイル星（Teff ≈ 10,000 K）は、標準的モデルおよびヘリウム汚染と整合する表面重力および質量を示すが、高温のブルーテイル星（Teff ≥ 12,000 K）は理論的予測とは著しく異なる低表面重力および低質量を示しており、これは、混雑した領域における分光観測で残存する背景光の影響による可能性が高く、地上観測によるこうした系の解析に大きな課題が伴うことを示している。

ABSTRACT

(abridged) The metal-rich bulge globular cluster NGC6388 shows a distinct blue horizontal-branch tail with a strong upward tilt in its colour-magnitude diagram. Several noncanonical scenarios have been proposed to explain these puzzling observations. In order to test the predictions of these scenarios, we have obtained medium resolution spectra to determine the atmospheric parameters of a sample of the blue HB stars in NGC 6388. Using the medium resolution spectra, we determine effective temperatures, surface gravities and helium abundances by fitting the observed Balmer and helium lines with appropriate theoretical stellar spectra. As we know the distance to the cluster, we can verify our results by determining masses for the stars. During the data reduction we took special care in subtracting the background, which is dominated by the overlapping spectra of cool stars. The physical parameters of the blue HB stars near 10,000 K support the helium pollution scenario. The low gravities and masses found for the hot blue tail stars, however, are probably caused by problems with the data reduction, most likely due to remaining background light in the spectra, which would affect the fainter hot blue tail stars much more strongly than the brighter cool blue tail stars. Our study of the hot blue tail stars in NGC 6388 illustrates the obstacles which are encountered when attempting to determine the atmospheric parameters of hot HB stars in very crowded fields using ground-based observations. We discuss these obstacles and offer possible solutions for future projects.

研究の動機と目的

• 金属過剰な球状星団NGC 6388における上向きに傾いたブルーホライズン・ブランチ（HB）を説明するためのヘリウム汚染仮説を検証すること。
• 中分解能分光計を用いて高温HB星の大気パラメータ（Teff、log g、Y）を特定し、理論的モデルとの整合性を評価すること。
• 観測されたHB形態、特にブルーで明るい星が非標準的進化過程によって説明可能かどうかを調査すること。
• 特に背景光の影響を受ける混雑した領域における、高温星の分光的解析における系統的誤差を特定・是正すること。
• 明るくない高温HB星を含む密度の高い星の環境において、地上ベースの分光計が物理的パラメータを測定する信頼性を評価すること。

提案手法

• VLT（パラナル天文台、提案番号69.D-0231(A)）を用いて、NGC 6388の15個の高温HB星に対して中分解能分光計（R ≈ 10,000）を取得した。
• 目標星の光を分離するために、周辺のやや冷たい星からの重複するスペクトルをモデル化し、慎重に背景光を差し引いた。
• 効果的温度、表面重力、ヘリウム分率を変化させた理論的星の大気モデルを用いて、観測されたバルマー線およびヘリウム線のプロファイルをフィットした。
• 既知の距離を用いて、得られたTeffおよびlog gから等時系列に基づく進化トレースを用いて質量を計算した。
• ZAHBおよびpost-ZAHB進化モデルの予測と、異なるヘリウム分率（Y = 0.43）における観測大気パラメータを比較した。
• 放射線浮上効果が元素分佈に与える影響を評価したが、スケール太陽分率を仮定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 6388の冷却ブルーテイル星（Teff ≈ 10,000 K）の大気パラメータは、上向きに傾いたHBを説明するヘリウム汚染仮説を支持するか？
• RQ2 高温ブルーテイル星（Teff ≥ 12,000 K）はなぜ理論的予測よりも著しく低い表面重力および質量を示すのか？
• RQ3 混雑した領域における残存背景光およびスペクトルの混入が、明るくない高温HB星の分光的パラメータ決定の正確性にどの程度影響を与えるか？
• RQ4 高温HB星における表面重力および質量の乖離は、放射線浮上や非太陽分率分布といった物理的過程によって説明可能か？
• RQ5 地上ベースの分光計によるNGC 6388のような密度の高いクラスタにおける高温HB星の研究における限界は何か？また、代替的な観測戦略は何か？

主な発見

• 冷却ブルーテイル星（Teff ≈ 10,000 K）は、標準的モデルおよび理論的予測と整合する表面重力および質量を示しており、ヘリウム汚染仮説を支持する。
• 冷却ブルーテイル星の平均質量は理論的期待値とよく一致しており、進化状態および観測されたHB形態との整合性が確認された。
• 高温ブルーテイル星（Teff ≥ 12,000 K）は、いかなる理論的モデルでも再現できない著しく低い表面重力値を示しており、データ還元における系統的誤差の可能性が示唆される。
• これらの高温星は理論的予測と比較して約2倍も質量が低く、さらなる測定誤差の兆候である。
• この乖離は、明るい冷却星と比較して、より強く影響を受けるため、スペクトルに残存する背景光が主因である可能性が高い。
• 本研究は、現在の地上ベース分光計による混雑した領域における高温HB星の大気パラメータの決定は信頼できないと結論づけ、より高い空間分解能またはUV画像測定が必要であると結論した。