[論文レビュー] Properties of second generation stars in Globular Clusters

E. Carretta, A. Bragaglia+2 more|ArXiv.org|Nov 21, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、19個の銀河球状星団にまたがる1,200個以上の赤超巨星のGIRAFFEおよびUVESスペクトルを分析し、第二世代星の化学的性質を調査した。Na-O反相関の広がり—極めて酸素が乏しい星によって駆動される—が、水平分岐の最も高温で青い端と強く関連しており、これは星団質量および軌道パラメータに依存しており、中程度の汚染を受けていた星がすべての星団で支配的であることが確認された。

ABSTRACT

We present the first results from the analysis of GIRAFFE spectra of more than 1200 red giants stars in 19 Galactic Globular Clusters (GCs), to study the chemical composition of second generation stars and their link with global cluster parameters. We confirm that the extension of the Na-O anticorrelation (the most striking signature of polluted, second generation populations) is strictly related to the very blue (and hot) extreme of the Horizontal Branch (HB). Long anticorrelations seem to require large mass and large-sized, eccentric orbits, taking the GCs far away from the central regions of the Galaxy. We can separate three populations in each cluster (primordial, intermediate and extreme) based on the chemical composition. In all GCs we observe a population of primordial composition, similar to field stars of similar metallicity. We find that in all GCs the bulk (from 50 to 70%) of stars belong to the intermediate component. Finally, the extreme, very oxygen-poor component is observed preferentially in massive clusters, but is not present in all massive GCs.

研究の動機と目的

• 高分解能分光法を用いて、球状星団における第二世代星の化学組成を特定すること。
• Na-O反相関と水平分岐の形態との関連を調査すること。
• 星団の全体的パラメータ（質量、集中度、軌道的性質など）が第二世代星の形成に与える影響を調査すること。
• 多様な星団において、初期物質、中程度汚染、極端汚染の第二世代星の相対的割合を定量すること。
• 極めて酸素が乏しい星の存在が、星団質量または動的歴史と系atically関連しているかどうかを評価すること。

提案手法

• 19個の銀河球状星団内の赤超巨星に対して、高分解能（R ≈ 20,000）のGIRAFFEスペクトルと、さらに高分解能（R ≈ 40,000）のUVESスペクトルを取得した。
• スペクトル線分析を用いて鉄、酸素、ナトリウムの同位体割合を測定し、特にNa I 568.2–568.8 nm、Na I 615.4–615.6 nm、および[O I] 630.0 nmの線に注目した。
• 化学的ポピュレーションを3つに定義した：初期物質（Naが乏しくOが豊富）、中程度汚染（中程度に汚染済み）、極端汚染（Naが豊富でOが乏しく、[O/Na] < -0.9 dex）。
• 外れ値の影響を最小限に抑えるために、[O/Na]分布の四分位範囲（IQR）を用いてNa-O反相関の広がりを定量化した。
• IQR[O/Na]を水平分岐最大温度、星団の絶対等級（M_V）、および軌道パラメータ（離心率、エネルギー、銀河平面からの最大高度）と相関させた。
• 統計的分析を用いて、星団全体における初期物質、中程度汚染、極端汚染ポピュレーションの寄与割合を特定し、星団質量および半質量半径と関連づけた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 球状星団におけるNa-O反相関の広がりは、水平分岐で達成される最も高い温度と相関しているか？
• RQ2 星団質量および軌道パラメータ（例：離心率、銀河中心からの距離）は、長大なNa-O反相関の発展に影響を及ぼすか？
• RQ3 異なる球状星団において、初期物質、中程度汚染、極端汚染の第二世代星の相対的割合は何か？
• RQ4 極めて酸素が乏しい星の存在は、星団質量または動的歴史と系的に関連しているか？
• RQ5 星団の構造的パラメータ（例：半質量半径）は、初期星団形成段階での化学的パターンのインプリンティングとどのように関連しているか？

主な発見

• IQR[O/Na]で測定されたNa-O反相関の広がりは、水平分岐で達成される最大温度と強く相関している。
• 長大なNa-O反相関を示す星団は、質量が大きく、好都合な軌道パラメータを持つものであり、特に高い離心率と長期間にわたる銀河中心からの分離が特徴である。
• すべての19個の星団において、場の星に類似した化学組成を持つ初期物質ポピュレーションが存在しており、未処理の物質が生存していることが示された。
• 中程度汚染の第二世代ポピュレーションは、すべての星団で全星の50–70％を占めており、支配的成分である。
• 極端にOが乏しい成分は、一部の質量の大きな星団でのみ観測され、すべての質量の大きな球状星団に存在するわけではないことから、質量以外の追加的制約があることが示唆された。
• IQR[O/Na]と半質量半径の相関は、化学的パターンが、顕著な動的進化が起こる前、初期星団形成段階にすでにインプリンティングされたことを示唆している。