[論文レビュー] Re-grouping stars based on the chemical tagging technique: A case study of M67 and IC4651

S. Blanco-Cuaresma, C. Soubiran|arXiv (Cornell University)|Sep 29, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、高分解能分光法と改良されたiSpecパイプラインを用いて、オープン集団M67およびIC4651の星における28元素の化学組成を分析することで、化学的タグ付け技術の有効性を検証した。高精度な測定（0.05 dex未満）にもかかわらず、両集団の化学的特徴は区別できず、要素のカバレッジを拡大しても、この2つの集団の星を信頼性高く分離できないことが示され、現在の化学的タグ付け技術の限界に疑問を呈する。

ABSTRACT

The chemical tagging technique proposed by Freeman & Bland-Hawthorn (2002) is based on the idea that stars formed from the same molecular cloud should share the same chemical signature. Thus, using only the chemical composition of stars we should be able to re-group the ones that once belonged to the same stellar aggregate. In Blanco-Cuaresma et al. (2015), we tested the technique on open cluster stars using iSpec (Blanco-Cuaresma et al. 2014a), we demonstrated their chemical homogeneity but we found that the 14 studied elements lead to chemical signatures too similar to reliably distinguish stars from different clusters. This represents a challenge to the technique and a new question was open: Could the inclusion of other elements help to better distinguish stars from different aggregates? With an updated and improved version of iSpec, we derived abundances for 28 elements using spectra from HARPS, UVES and NARVAL archives for the open clusters M67 and IC4651, and we found that the chemical signatures of both clusters are very similar.

研究の動機と目的

• 14要素から28要素に要素数を増やすことで、異なるオープン集団の星を化学的に区別できる能力が向上するかどうかを評価すること。
• 化学的タグ付け技術が、M67およびIC4651の星を、その化学組成に基づいて正確に再グループ化できるかどうかを評価すること。
• M67 No164（巨星）およびM67 No1194（矮星）をクラスタ固有の基準星として用いることで、矮星と巨星の間の系統的バイアスを最小限に抑える、新しい相対的組成分析手法をテストすること。
• M67とIC4651の間で観測された化学的類似性が、共通の起源または同じような増幅歴を持つことを示唆するかどうかを調査すること。

提案手法

• HARPS、UVES、NARVALのアーカイブから得た高分解能分光データを用い、径速度フィルタリングおよび同一機器からのスペクトルの重ね合わせにより、S/N > 100の信号対雑音比を向上させた。
• SPECTRUMを放射輸送計算コードとし、Grevesse et al. (2007)の太陽組成を用いたMARCSモデル大気を用いた、iSpecに基づく自動化された分光パイプラインを採用した。
• 大気パラメータ（Teff、log g、[Fe/H]）は480–680 nm範囲の選択ラインを用い、反復的精製とラインごとの組成分析により導出した。
• 矮星と巨星の間の系統的差を最小限に抑えるために、M67 No164（巨星）およびM67 No1194（矮星）を基準星として相対的組成を計算した。
• 金属量の摂動、S/Nの変動、ブレンドフリーの合成に起因する偏差が0.10 dexを超えるラインは除外し、結果の妥当性を確保した。
• 中央絶対偏差（MAD）を用いて不確実性を推定し、保守的な誤差推定を維持した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 14要素から28要素に拡大することで、M67およびIC4651の星を化学的に区別できる能力が向上するか？
• RQ2 化学的タグ付け技術が、星の化学組成に基づいて2つの異なるオープン集団の星を信頼性高く再グループ化できるか？
• RQ3 矮星と巨星の間の組成分析における系統的差が、単一の太陽基準の使用を無効にするものであり、クラスタ固有の基準星がこれを是正できるか？
• RQ4 M67とIC4651は銀河赤経度で100°以上離れており、年齢も異なる可能性があるにもかかわらず、なぜこれほど化学的に類似しているのか？

主な発見

• M67とIC4651の化学的特徴は28要素すべてにおいて区別できず、ほとんどの要素で分散が0.05 dex未満にとどまり、測定精度が極めて高いことが示された。
• 最も特徴的な元素（バリウム、プロメチウム、硫黄）ですら、分散が0.05 dexを超えており、両集団の明確な分離は不可能であった。
• 個々の星ごとの組成プロットでは、28要素の化学的空間においてM67とIC4651の星が広範囲に重複しており、クラスタ所属の視覚的判別は不可能であった。
• クラスタ固有の基準星（M67 No164およびM67 No1194）を用いることで、矮星と巨星の間の系統的バイアスが効果的に低減され、両者の統合的分析が可能になった。
• 高精度な測定にもかかわらず、M67とIC4651の間の化学的均一性は、1つの長寿命分子雲から起源をもつ可能性、または類似した出来事による独立した増幅歴を持つ可能性を示唆している。
• 結果として、化学的タグ付け技術の現在の限界が疑問視され、化学的組成のみでは、類似したクラスタの星を区別できない可能性が示された。