[論文レビュー] Radial gradients and metallicities in the galactic disk

Walter J. Maciel|arXiv (Cornell University)|Dec 8, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、HII領域、高温星、および開放集団からの径方向元素比勾配を用いて、銀河ディスクにおける独立的な [O/Fe] × [Fe/H] 関係を導出する。[Fe/H] ≳ −1.5 の金属量において、[O/Fe] は ≈0.4 dex を超えないことが判明し、高金属量における酸素の低濃度を支持するものであり、中程度の [O/Fe] 演化を示すモデルを支持する。

ABSTRACT

Radial O/H abundance gradients derived from HII regions, hot stars and planetary nebulae are combined with [Fe/H] gradients from open cluster stars in order to derive an independent [O/Fe] x [Fe/H] relation for the galactic disk. A comparison of the obtained relation with recent observational data and theoretical models suggests that the [O/Fe] ratio is not higher than [O/Fe] ~ 0.4, at least within the metallicity range of the considered samples.

研究の動機と目的

• 観測された径方向元素比勾配を用いて、銀河ディスクにおける独立的な [O/Fe] × [Fe/H] 関係を導出すること。
• 観測データと理論的モデルとの間で生じる低金属量における [O/Fe] 確率の不一致を解消すること。
• 一部の研究で観測された高 [O/Fe] 比（約1.0）が、ディスクの元素比勾配と整合するかどうかを検証すること。
• 観測された O/H および [Fe/H] 勾配に基づいて、銀河ディスクにおける [O/Fe] 比の最大値を制約すること。
• 金属不足星における [O/Fe] を決定するための観測指標（例：禁制線、OHバンド）の信頼性を評価すること。

提案手法

• HII領域、高温星、および惑星状星雲からの径方向 O/H 勾配を、イオン化ガスおよび星の大気の分光測定により決定する。
• 開放集団星からの [Fe/H] 勾配を、高分解能星の分光測定により導出する。
• O/H と [Fe/H] の径方向傾向を表す式 log(O/H) + 12 = a + bR および [Fe/H] = c + dR を用い、R を kpc、R₀ = 7.6 kpc としてモデル化する。
• 導出された勾配と切片を用いて、[O/Fe] = log(O/H) − log(Fe/H) の式により [O/Fe] × [Fe/H] 関係を導出する。
• 得られた [O/Fe]–[Fe/H] 関係を観測データおよび理論的モデル（例：Matteucci et al. 1999, Chiappini et al. 1997）と比較する。
• O/H および [Fe/H] 勾配の不確実性を考慮し、[O/Fe]–[Fe/H] 関係の傾きに対する誤差伝搬を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された径方向 O/H および [Fe/H] 勾配から導出された銀河ディスクにおける [O/Fe] 比は何か？
• RQ2 OHバンドや禁制線に基づいて一部の研究で報告された高 [O/Fe] 比（約1.0）は、観測された [O/Fe] 比と整合的か？
• RQ3 観測された勾配は、[Fe/H] ≳ −1.5 の金属量におけるディスク内での [O/Fe] 比の最大値を制約できるか？
• RQ4 O/H および [Fe/H] 勾配の不確実性は、[O/Fe]–[Fe/H] 関係の傾きにどのように影響するか？
• RQ5 金属不足星における [O/Fe] を決定するにあたり、[OI]線やOHバンドなどのどの観測指標が最も信頼性が高いか？

主な発見

• 径方向勾配から導出した [O/Fe] × [Fe/H] 関係では、[Fe/H] ≳ −1.5 の金属量において、[O/Fe] 比の最大値は約 0.4 dex である。
• 観測された O/H 勾配は −0.070 ± 0.014 dex/kpc、[Fe/H] 勾配は −0.085 ± 0.008 dex/kpc であり、いずれも銀河中心からの距離が増加するにつれて金属量が低下することを示している。
• [O/Fe]–[Fe/H] 関係の平均傾きは約 −0.2 であり、現在のデータと不確実性から、より急な傾きは除外される。
• 観測データおよび導出された関係は、OHバンドや赤外線線を用いた一部の研究で報告された高 [O/Fe] 比（約1.0）とは整合しない。
• 結果は、中程度の [O/Fe] 演化を予測する Matteucci et al. (1999) や Chiappini et al. (1997) のモデルを支持するものであり、低金属量で [O/Fe] ≈ 1.0 を予測するモデルとは対照的である。
• 最近の解析（例：Carretta et al. 2000）では、OHバンドによる高 [O/Fe] 値が連続分光の位置決めの問題により信頼性が低い可能性があると示唆されており、これも低 [O/Fe] 限界をさらに支持する。