[論文レビュー] On the Galactic chemical evolution of sulphur. Sulphur abundances from the [S i] 1082 nm line in giants

E. Matrozis, N. Ryde+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 31, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 62被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、均一な星像パラメータと1次元L谷非局在（LTE）MARCSモデルを用いて、39個の金属不足巨星における[S I] λ1082 nm線から硫黄の過剰度を導出している。[Fe/H] ≤ -1の低金属量領域では[S/Fe]が約0.3にほぼ一定であることが判明し、硫黄がII型超新星によって生成される典型的なα元素であるという振る舞いを支持している。これは一部の先行研究が低金属量で[S/Fe]が上昇していると報告しているのとは対照的である。

ABSTRACT

Context. The Galactic chemical evolution of sulphur is still under debate. At low metallicities some studies find no correlation between [S/Fe] and [Fe/H], others find [S/Fe] increasing towards lower metallicities, and still others find a combination of the two. Each scenario has different implications for the Galactic chemical evolution of sulphur. Aims. To contribute to the discussion on the Galactic chemical evolution of sulphur by deriving sulphur abundances from non-LTE insensitive spectral diagnostics in Disk and Halo stars with homogeneously determined stellar parameters. Methods. We derive Teff from photometric colours, logg from stellar isochrones and Bayesian estimation, and [Fe/H] and [S/Fe] from spectrum synthesis. We derive [S/Fe] from the [S i] 1082 nm line in 39 mostly cool and metal-poor giants, using 1D LTE MARCS model atmospheres to model our high-resolution NIR spectra obtained with the VLT, NOT and Gemini South telescopes. Results. We derive homogeneous stellar parameters for 29 stars. Our results argue for a chemical evolution of sulphur that is typical for alpha-elements, contrary to some previous studies. Our abundances are systematically higher by about 0.1 dex in comparison to other studies that arrived at similar conclusions using other sulphur diagnostics. Conclusions. We find the [S i] line to be a valuable diagnostic of sulphur abundances in cool giants down to [Fe/H] ~ -2.3. We argue that a homogeneous determination of stellar parameters is necessary, since the derived abundances are sensitive to them. Our results ([S/Fe]) show reasonable agreement with predictions of contemporary models of Galactic chemical evolution. In these models sulphur is predominantly created in massive stars by oxygen burning, and ejected in the ISM during Type II SNe explosions. Systematic differences with previous studies likely fall within modelling uncertainties.

研究の動機と目的

• 金属不足巨星における均一な硫黄過剰度を導出することで、硫黄の銀河化学進化に関する論争を解消すること。
• 広い金属量範囲にわたって[S/Fe]を測定することで、硫黄が典型的なα元素として振る舞うかどうかを評価すること。
• [S I] λ1082 nm線が冷却巨星における硫黄の非L谷非感受性診断として信頼できるかどうかを評価すること。
• 星像パラメータの不確実性が硫黄過剰度の決定にどのように影響するかを調査し、先行研究との不一致を解明すること。
• 現在の銀河化学進化モデルと比較することで、II型超新星およびハイパノーバの硫黄生成における役割を検証すること。

提案手法

• 有効温度は、光度色校正式（González Hernández & Bonifacio 2009）を用いて決定され、均一なT_effスケールが得られた。
• 表面重力は、星団等時線とベイズ推定を用いて決定され、サンプル全体で一貫性のあるlog g値が得られた。
• 金属量と硫黄過剰度は、高分解能近赤外スペクトルにおける[S I] λ1082.1 nm線のスペクトル合成により導出された。
• 1次元L谷非局在（LTE）MARCSモデル大気を用いて観測スペクトルを合成し、非L谷効果が最小限に抑えた元素過剰度が得られた。
• 29個の星について星像パラメータを均一に決定し、従来の研究で一般的に見られる系統的不確実性が低減された。
• 異なる診断法（例：λ923 nm三重線）を用いた先行研究と比較することで、系統的オフセットの有無を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 [S I] λ1082 nm線は、T_eff ≤ 5200 Kおよび[Fe/H] ≥ −2.3を満たす冷却金属不足巨星における硫黄過剰度の信頼できる非L谷感受性診断として適しているか？
• RQ2 金属量が低い星（−2.4 ≤ [Fe/H] ≤ 0.2）において、[S/Fe]比は低金属量領域で一定であると予想されるように、典型的なα元素としての振る舞いを示すか？
• RQ3 導出された硫黄過剰度は、II型超新星が主な供給源であるとされる現在の銀河化学進化モデルの予測と一致するか？
• RQ4 先行研究との不一致は、星像パラメータの決定方法の違いに起因するものであり、本質的な過剰度の変動とは無関係であるとされる程度はどの程度か？
• RQ5 星像パラメータの不確実性が、最終的な硫黄過剰度の不確実性に及ぼす影響はどの程度か？

主な発見

• [S I] λ1082.1 nm線は、T_eff ≤ 5200 Kおよび[Fe/H] ≥ −2.3を満たす巨星における硫黄過剰度の強固で非L谷感受性の診断として有効である。
• 金属量が[Fe/H] ≤ −1の範囲で、硫黄過剰度に顕著な傾向が認められず、[S/Fe] ≈ 0.3のプラトーが得られた。これは典型的なα元素の振るまいと整合的である。
• 本研究で導出された硫黄過剰度は、λ923 nm三重線を用いた先行研究と比べて約0.1 dex高い系統的オフセットを示しており、星像パラメータや診断法に系統的不一致がある可能性を示唆している。
• 星像パラメータの不確実性、特に有効温度と表面重力が、硫黄過剰度決定における総不確実性の主因を占めている。
• 結果は、II型超新星が硫黄の主な供給源であると強調する現在の銀河化学進化モデルとより良好に一致しており、ハイパノーバなどの追加機構の必要性は最小限に抑えられている。
• 均一なパラメータ決定が不可欠であり、T_eff、log g、金属量の研究間での差異が、報告された[S/Fe]値の散らばりの大部分を説明できる。