[論文レビュー] On the metallicity of open clusters II. Spectroscopy

U. Heiter, C. Soubiran+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 149被引用数 67

ひとこと要約

本研究は、86件の出版物から得た458顆の星における641件の個別測定を用いて、78個のオープンクラスターの高分解能分光的金属量を体系的に集積し、信頼性の高い分光的金属量スケールを確立した。光度測定による金属量は分光的金属量と比較して0.11 dex低く系統的であることが判明し、散乱は0.23 dexであった。また、検討された銀河化学進化モデルのいずれにも観測された半径方向金属量勾配を完全に再現するものは存在しなかった。

ABSTRACT

In a series of three papers, we investigate the current status of published metallicities for open clusters that were derived from a variety of photometric and spectroscopic methods. The current article focuses on spectroscopic methods. The aim is to compile a comprehensive set of clusters with the most reliable metallicities from high-resolution spectroscopic studies. This set of metallicities will be the basis for a calibration of metallicities from different methods. The literature was searched for [Fe/H] estimates of individual member stars of open clusters based on the analysis of high-resolution spectra. For comparison, we also compiled [Fe/H] estimates based on spectra with low and intermediate resolution. At medium and high resolution, we found that differences in the analysis methods have a stronger effect on metallicity than quality differences in the observations. We retained only highly probable cluster members and introduced a restriction on atmospheric parameters. We combined 641 individual metallicity values for 458 stars in 78 open clusters from 86 publications to form our final set of high-quality cluster metallicities. The photometric metallicities discussed in the first paper of this series are systematically lower than the spectroscopic ones by about 0.1 dex, and the differences show a scatter of about 0.2 dex. In a preliminary comparison of our spectroscopic sample with models of Galactic chemical evolution, none of the models predicts the observed radial metallicity gradient. Photometric metallicities show a large intrinsic dispersion, while the more accurate spectroscopic sample presented in this paper comprises fewer than half the number of clusters. Only a sophisticated combination of all available photometric and spectroscopic data will allow us to trace the metallicity distribution in the Galactic disk on a local and global scale.

研究の動機と目的

• 高分解能星スペクトルを用いて、オープンクラスターの信頼性の高い一貫性のある分光的金属量のセットを編纂すること。
• 観測品質以外の分析手法の違いに起因する分光的元素組成解析における系統的不確実性を特定し、是正すること。
• 分光的金属量と光度的推定値を比較し、異なる金属量スケールを補正・統合すること。
• 現在の銀河化学進化モデルが観測されたクラスター金属量と整合するかを評価すること。
• 今後の銀河ディスク進化に関する研究の基盤を築くために、分光的および光度的データを統合して統一された金属量スケールを確立すること。

提案手法

• オープンクラスターに属する個々の星の高分解能分光的[Fe/H]決定に関する体系的文献調査。
• 異常な大気パラメータを示す星、連星、化学的に特異な星、非局所熱平衡効果に影響を受ける可能性のある巨星を除外。
• 厳密な選別基準の適用：高分解能（R ≥ 13000）、高信号対雑音比（S/N > 20）、一貫性のある大気パラメータ制約。
• 各クラスターごとに個々の金属量測定値を重み付き平均化し、最終的なクラスター金属量を導出。
• 最終的な分光的サンプルをPaper Iの光度的金属量および既存の文献集積と比較。
• 分光的サンプルを用いて、銀河化学進化モデル4種を観測された半径方向金属量勾配と照合して評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分光的解析手法の違い（例：ラインリスト、微乱流速度、温度スケール）が金属量決定に与える影響は、観測品質（分光分解能や信号対雑音比）よりも顕著か？
• RQ2 オープンクラスターにおける光度的金属量と高分解能分光的金属量の比較において、系統的オフセットの大きさと性質は何か？
• RQ3 既存の銀河化学進化モデルは、オープンクラスターの観測された半径方向金属量勾配を再現できるか？
• RQ4 連星、高温矮星、または進化した巨星などの星の異質性が、クラスター金属量推定の信頼性に与える影響は何か？
• RQ5 光度的金属量を信頼できる分光的基準サンプルに補正することで、統一された金属量スケールをどのように確立できるか？

主な発見

• 厳密な選別を経て、86件の出版物から得た458顆の星における641件の個別金属量測定値を含む最終サンプルが得られ、系統的誤差を最小限に抑えた。
• Paper Iの光度的金属量は、分光的金属量と比較して0.11 dex低く系統的であることが判明し、散乱は0.23 dexであった。これは顕著な補正オフセットを示している。
• 温度スケール、ラインリスト、微乱流速度などの分析手法の違いが、高分解能においては分光分解能や信号対雑音比の違いよりも金属量に大きな影響を与える。
• 既存の銀河化学進化モデルのいずれにも、観測された半径方向金属量勾配を完全に再現するものは存在しない。Schönrich & Binney (2009)のモデルは勾配の傾きは類似しているが、金属量で0.3 dexのオフセットがある。
• 分光的サンプルでは、データが十分に得られた3つのクラスターにおいて、矮星と巨星の平均金属量に有意な差は認められなかった。
• Gaia-ESOサーベイは、高品質な分光的金属量を有するクラスター数を大幅に拡大することが期待され、今後の銀河化学進化の大規模な研究を可能にする。