[論文レビュー] Searching for chemical inhomogeneities in Open Clusters: Analysis of the CN and CH Molecular Band Strengths in NGC 2158, NGC 2420, NGC 2682, NGC 7789 and Berkeley 29

R. Carrera, C. E. Martínez-Vázquez|arXiv (Cornell University)|Aug 21, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 106被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、低分解能のSDSS/SEGUEスプライトスピークトル（R ~ 2000）を用いて、5つのオープンクラスターにおける主系列星および赤クラスター星のCNおよびCH分子バンド強度を分析し、複数の星族に起因する化学不均一性を検出する。4つのクラスター（NGC 2158、NGC 2420、NGC 2682、Berkeley 29）では、CNおよびCHバンドに顕著な星間変動は認められなかったが、NGC 7789ではCNバンドの可能性のある異常な広がりが検出され、複数星族を有するための現在の質量閾値が約10⁴ M⊙である可能性が示唆された。

ABSTRACT

Context: The total mass of a cluster, being the main parameter determining its ability to host more than one stellar generation, may constitute a threshold below which the cluster is able to form only a single stellar population. AIms: Our goal is to investigate the existence of star-to-star variations of CN and CH band strengths, related to the N and C abundances, respectively, among the stars in five open cluster (NGC 2158, NGC 2420, NGC 2682, NGC 7789 and Berkeley 29) similar to those observed in globular clusters and linked with the existence of multiple populations therein. Since these systems are less massive than globulars, our results may allow us to constrain the lower mass necessary to form more than one stellar population. Methods: We measured the strength of the CN and CH bands, which correlate with the C and N abundances, using four molecular indices in low-resolution SDSS/SEGUE spectra. Results: We found that for four of the open clusters (NGC 2158, NGC 2420, NGC 2682 and Berkeley 29) all the stars studied in each of them have similar CN and CH band strengths within the uncertainties since neither anomalous spreads nor bimodalities have been detected in their CN and CH distributions. In contrast, for NGC 7789 we found an anomalous spread in the strength of the CN molecular band at 3839 Åwhich is larger than the uncertainties. However, the small number of stars studied in this cluster implies that further analysis is needed to confirm the existence of chemical inhomogeneities in this cluster.

研究の動機と目的

• 5つのオープンクラスター内の星々におけるCNおよびCH分子バンド強度の星間変動（窒素および炭素の質量関数の代理）の有無を調査すること。
• 一般的な球状星団の質量より小さいオープンクラスターが、化学組成の異常によって示唆されるように複数星族を有する可能性を検証すること。
• クラスターが豊富な物質を保持し、その後代の星が形成できるために必要な最小の現在の質量を制限すること。
• サンプルサイズが小さいにもかかわらず、NGC 7789で観測された化学的不均一性が統計的に有意であるかどうかを評価すること。

提案手法

• 低分解能スペクトルインデックス（CN 3839 Å、4142 Å；CH 4300 Å）を用いて、SDSS/SEGUE低分解能スプライトスピークトル（R ~ 2000）で分子バンド強度を測定した。
• スペクトル窓と正規化技術を適用し、連続スペクトルの配置とノイズを考慮してバンド強度を定量化した。
• 一般化されたヒストグラムとガウスフィッティングを用いて、バンド強度の分布形状を評価し、単峰性対二峰性の特徴を特定した。
• 観測された分布と期待される不確実性を比較し、広がりが測定ノイズを上回っているかどうかを判断した。
• 最初の世代星が星間媒体を汚染し、2世代目の星形成を促す自己増幅シナリオの文脈で結果を評価した。
• SDSS-IIIおよびWEBDAデータベースを用いて、質量–年齢–金属量の広範なフレームワークの中で結果を位置づけた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 10⁵ M⊙未満の質量を持つオープンクラスターにおいて、CNおよびCH分子バンド強度の星間変動が認められ、化学的不均一性が示唆されるか？
• RQ2 NGC 7789で観測されたCNバンド強度の広がりは、測定不確実性を超えて統計的に有意であるか？
• RQ3 化学組成パターンに基づいて、複数星族を有するためのクラスターに必要な最小の現在の質量閾値は何か？
• RQ4 低質量オープンクラスターの結果は、マゼラン雲における中年齢クラスターおよびより高質量の球状星団の結果とどのように比較できるか？
• RQ5 オープンクラスターにおける観測されたCNおよびCHバンド強度分布は、赤外線の差異やその他の観測的要因によるものであり、本質的な化学的変動とは言えないのか？

主な発見

• NGC 2158、NGC 2420、NGC 2682、Berkeley 29では、CNおよびCHバンド強度の分布が単峰的であり、測定不確実性と整合的な幅の単一ガウス分布でよくフィットしており、CおよびNの質量関数が均一であることを示している。
• これらの4つのクラスターでは、CNおよびCHバンド強度分布に顕著な二峰性や異常な広がりは検出されなかった。
• NGC 7789では、3839 ÅにおけるCNバンド強度の広がりが観測され、期待される不確実性の広がりを上回っているため、化学的不均一性の可能性が示唆された。
• NGC 7789の観測されたCN広がりは完全には不確実性によって解消されないが、サンプルサイズが小さいため統計的信頼性が限定されており、さらなる研究が求められる。
• 結果から、豊富な物質を保持し、複数星族を形成できるための現在の質量閾値が約10⁴ M⊙である可能性が示唆された。
• この結果は、Palomar 12 や Terzan 7 のようなこの閾値未満のクラスターは複数星族を有さない可能性があるという考えを支持しているが、NGC 7789はマゼラン雲の複数シーケンスを示すクラスターと同程度の質量と年齢を有するため、可能性のある例外である。