[論文レビュー] Spectral evolution of star clusters in the Large Magellanic Cloud: I. Blue concentrated clusters in the age range 40-300 Myr

J. F. C. Santos, Joan Clària+4 more|ArXiv.org|Nov 25, 2005

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 27被引用数 18

ひとこと要約

本研究では、大マゼラン雲（LMC）内の17個の青色濃縮星団（年齢40〜300 Myr）について、2通りの手法（テンプレートマッチングおよびバルマー線、Ca II、CH、Mg I、Fe線の等価幅（EW）補正）を用いて統合分光法を実施した。LMCに半径方向の年齢勾配が存在することが確認され、若年齢の星団が中心付近に集中している。中年齢範囲における星団年齢推定のための信頼性の高い分光ライブラリが確立された。

ABSTRACT

Integrated spectroscopy of a sample of 17 blue concentrated Large Magellanic Cloud (LMC) clusters is presented and its spectral evolution studied. The spectra span the range ~3600-6800A with a resolution of ~14A FWHM, being used to determine cluster ages and, in connection with their spatial distribution, to explore the LMC structure and cluster formation history. Cluster reddening values were estimated by interpolation, using the available extinction maps. We used two methods to derive cluster ages: (i) template matching, in which line strengths and continuum distribution of the cluster spectra were compared and matched to those of template clusters with known astrophysical properties, and (ii) equivalent width (EW) method, in which new age/metallicity calibrations were used together with diagnostic diagrams involving the sum of EWs of selected spectral lines (KCaII, G band (CH), MgI, Hdelta, Hgamma and Hbeta). The derived cluster ages range from 40Myr (NGC2130 and SL237) to 300Myr (NGC1932 and SL709), a good agreement between the results of the two methods being obtained. Combining the present sample with additional ones indicates that cluster deprojected distances from the LMC center are related to age in the sense that inner clusters tend to be younger. Spectral libraries of star clusters are useful datasets for spectral classifications and extraction of parameter information for target star clusters and galaxies. The present cluster sample complements previous ones, in an effort to gather a spectral library with several clusters per age bin.

研究の動機と目的

• 大マゼラン雲（LMC）内の17個の青色濃縮星団の正確な年齢を、統合分光法を用いて特定すること。
• これらの星団の空間的分布がLMCの構造および星団形成歴とどのように関係するかを調査すること。
• Hβ、Hγ、Hδ、K Ca II、Gバンド、Mg I線の等価幅（EW）に基づく、新たな年齢／金属量補正法の妥当性を検証し、適用すること。
• 未分解星族系における年齢推定に、テンプレートマッチング法とEWベース手法の信頼性を検証すること。
• 将来の銀河進化研究のための、年齢ビンごとに複数の星団を含む包括的な分光ライブラリの構築に貢献すること。

提案手法

• CASLEOの2.15m望遠鏡を用いて、17個のLMC星団の統合スペクトル（3600–6800 Å）を取得。分解能はFWHM ≈ 14 Å。
• 利用可能な減光マップからの補間を用いて星団の赤化を推定し、マップから導出されたE(B-V)値を用いた。
• 2通りの年齢推定手法を適用：(1) 継続スペクトルおよび線強度を既知の星団テンプレートと比較するテンプレートマッチング；(2) 総線強度の診断図を用いたEWベースの補正。
• Hβ（4861 Å）、Hγ（4340 Å）、Hδ（4102 Å）、K Ca II（3934 Å）、Gバンド（CH、4300 Å）、Mg I（5173 Å）のスペクトル特徴を年齢推定に使用。
• 2つの手法間の結果を相互に検証し、特にNGC 1839について文献の年齢と比較した。
• 新たなサンプルを過去のデータと統合し、LMC中心からの投影距離を用いて星団年齢の半径依存性を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 統合分光法を用いて、年齢40〜300 Myrの17個の青色濃縮星団の年齢は何か？
• RQ2 これらの星団について、テンプレートマッチング法の結果と等価幅ベース年齢補正法の結果はどのように比較できるか？
• RQ3 LMCにおいて、星団の年齢分布に半径勾配が存在するか。特に、中心に近い場所に若年齢星団が集中しているか？
• RQ4 中年齢星団の新しい分光ライブラリは、未分解星族系の年齢および金属量推定の精度を向上させられるか？
• RQ5 観測されたスペクトル特徴（例：Hβ、Mg I、K Ca II）は、40–300 Myrの範囲で星団の年齢とどのように相関するか？

主な発見

• テンプレートマッチング法とEWベース手法による星団年齢推定は良好な一致を示し、年齢はNGC 2130およびSL 237で40 Myr（最小）、NGC 1932およびSL 709で300 Myr（最大）の範囲にわたった。
• ワシントンフィルター写真測光で事前に研究済みの星団NGC 1839は、年齢推定が0.09 Gyrと一貫しており、手法の信頼性が裏付けられた。
• 半径方向の年齢勾配が観測された：若年齢星団（40–100 Myr）はLMC中心に近い位置に集中し、高年齢星団（200–300 Myr）はより大きな投影距離に位置している。
• 年齢ビンごとに複数の星団を含むことで、既存の分光ライブラリを補完し、星族統合スペクトルを用いた星族研究の有用性が向上した。
• Mg I線の等価幅は年齢に強く依存しており、高年齢星団（例：SL 709：5156 Åで7.0 Å）で高い値を示した。これにより、Mg I線が診断的ツールとして有効であることが支持された。
• 合計等価幅（S_hおよびS_m）を用いる手法は、年齢推定に強く頼れる指標であることが示された。S_h（Hδ、Hγ、Hβの合計）およびS_m（Mg I、K Ca II、Gバンドの合計）は、サンプル全体で年齢に明確な傾向を示した。