[論文レビュー] Observing multiple stellar populations with FORS2@VLT - Main sequence photometry in outer regions of NGC 6752, NGC 6397, and NGC 6121 (M 4)

D. Nardiello, A. P. Milone+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 28, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 68被引用数 38

ひとこと要約

本研究では、VLTのFORS2を用いた$UBVI$画像測光を用いて、NGC 6752およびNGC 6121の外縁部における二重ピークを持つ主系列（MS）の検出を行い、$B$対$U-B$および$V$対$c_{U,B,I}$色mag図を用いて複数の星族を確認した。青いMSと赤いMSの割合に半径依存性は認められず、星族間のヘリウム差異は$Δ Y \sim 0.02$と推定され、ヘリウムで豊富化された第二世代星と整合的である。

ABSTRACT

We present the photometric analysis of the external regions of three Galactic Globular Clusters: NGC 6121, NGC 6397 and NGC 6752. The main goal is the characterization of the multiple stellar populations along the main sequence (MS) and the study of the radial trend of the different populations hosted by the target clusters. The data have been collected using FORS2 mounted at the ESO/VLT@UT1 telescope in UBVI filters. From these data sets we extracted high-accuracy photometry and constructed color-magnitude diagrams. We exploit appropriate combination of colors and magnitudes which are powerful tools to identify multiple stellar populations, like B versus U-B and V versus c_{U,B,I}=(U-B)-(B-I) CMDs. We confirm previous findings of a split MS in NGC 6752 and NGC 6121. Apart from the extreme case of omega Centauri, this is the first detection of multiple MS from ground-based photometry. For NGC 6752 and NGC 6121 we compare the number ratio of the blue MS to the red MS in the cluster outskirts with the fraction of first and second generation stars measured in the central regions. There is no evidence for significant radial trend. The MS of NGC 6397 is consistent with a simple stellar population. We propose that the lack of multiple sequences is due both to observational errors and to the limited sensitivity of U,B,V,I photometry to multiple stellar populations in metal-poor GCs. Finally, we compute the helium abundance for the stellar populations hosted by NGC 6121 and NGC 6752, finding a mild (Delta Y ~ 0.02) difference between stars in the two sequences.

研究の動機と目的

• 3つの銀河縁の球状星団（NGC 6121, NGC 6397, NGC 6752）の外縁部における複数星族の半径分布を調査すること。
• 地上測光を用いて、これらの星団における複数の主系列の検出および特徴付けを行うこと。
• 青い主系列と赤い主系列の相対的割合が半径に依存するかどうかを評価し、星族の分離を検証すること。
• NGC 6121およびNGC 6752における2つの主系列星族間のヘリウム含有量差異（$\Delta Y$）を推定すること。

提案手法

• パラナル天文台に設置されたVLTのFORS2を用いて、深さのある$UBVI$画像測光を取得した。
• $B$ 対 $U-B$ および $V$ 対 $c_{U,B,I} = (U-B)-(B-I)$ の色組み合わせを用いて、高精度な色mag図（CMD）を構築した。
• CMDにおける星の二重ピーク的分布の分析により、複数の主系列を特定した。
• 半径$1.2r_h$から$4.1r_h$の範囲で、青い主系列と赤い主系列の星の割合を測定し、星族勾配を評価した。
• 色色関係および理論的等時線を用いて、2つの主系列星族間のヘリウム含有量差異（$\Delta Y$）を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 6752およびNGC 6121の外縁部に、地上$UBVI$画像測光で検出可能な二重ピークを持つ主系列が存在するか？
• RQ2 NGC 6752およびNGC 6121において、青い主系列と赤い主系列の相対的割合に半径依存性があるか？
• RQ3 NGC 6121およびNGC 6752における2つの主系列星族間のヘリウム含有量差異（$\Delta Y$）は何か？
• RQ4 金属量が乏しい星団において、$UBVI$画像測光の感度が限定的であるにもかかわらず、NGC 6397には複数の主系列が検出されないのはなぜか？

主な発見

• NGC 6752およびNGC 6121の外縁部では、$B$ 対 $U-B$ および $V$ 対 $c_{U,B,I}$ CMDにおいて明確な二重ピークを持つ主系列が確認され、複数の星族が裏付けられた。
• NGC 6752では、青い主系列（MSa）に全主系列星の約26%が含まれ、赤い主系列（MSbc）には74%が含まれる。
• NGC 6121では、より少ない割合の主系列に全主系列星の約37%が含まれ、これは第一世代と解釈され、より多い割合の主系列には63%が含まれ、第二世代に帰属づけられる。
• NGC 6752およびNGC 6121において、半径範囲$1.2r_h < R < 4.1r_h$の間で、青い主系列と赤い主系列の星の割合に顕著な半径依存性は認められなかった。
• 2つの主系列星族間のヘリウム含有量差異は、NGC 6121で$\Delta Y = 0.020 \pm 0.005$、NGC 6752で$\Delta Y \sim 0.02$と測定され、ヘリウムで豊富化された第二世代星と整合的である。
• NGC 6397に検出可能な複数の主系列がないのは、画像測光の誤差および金属量が乏しい星団における$UBVI$画像測光の複数星族への感度が低いことによる。