[論文レビュー] Sulphur in the Sculptor dwarf spheroidal galaxy - Including NLTE corrections

Á. Skúladóttir, S. M. Andrievsky+5 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|May 12, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 35被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、高分解能VLT/FLAMES-GIRAFFEスペクトルを用いて、Sculptor矮小球状銀河における硫黄の全量の最初の包括的分析を実施した。9213、9228、9238 ÅのS I三重線に対して非局所熱力学的平衡（NLTE）補正を適用した。[S/Fe]は[Fe/H] ≤ −2の領域で[ S/Fe] ≈ +0.16のプラトーを示し、銀河リングのα元素の挙動と整合的である。これに続く高金属量領域では、[S/Mg]の増加が見られ、Ia型超新星からの寄与が顕著である。

ABSTRACT

In Galactic halo stars, sulphur has been shown to behave like other $α$-elements, but until now, no comprehensive studies have been done on this element in stars of other galaxies. Here, we use high-resolution ESO VLT/FLAMES/GIRAFFE spectra to determine sulphur abundances for 85 stars in the Sculptor dwarf spheroidal galaxy, covering the metallicity range $-2.5\leq ext{[Fe/H]} \leq-0.8$. The abundances are derived from the S~I triplet at 9213, 9228, and 9238~Å. These lines have been shown to be sensitive to departure from local thermodynamic equilibrium, i.e. NLTE effects. Therefore, we present new NLTE corrections for a grid of stellar parameters covering those of the target stars. The NLTE-corrected sulphur abundances in Sculptor show the same behaviour as other $α$-elements in that galaxy (such as Mg, Si, and Ca). At lower metallicities ($ ext{[Fe/H]}\lesssim-2$) the abundances are consistent with a plateau at $ ext{[S/Fe]}\approx+0.16$, similar to what is observed in the Galactic halo, $ ext{[S/Fe]}\approx+0.2$. With increasing [Fe/H], the [S/Fe] ratio declines, reaching negative values at $ ext{[Fe/H]}\gtrsim-1.5$. The sample also shows an increase in [S/Mg] with [Fe/H], most probably because of enrichment from Type Ia supernovae.

研究の動機と目的

• 金属貧乏星のSculptor矮小球状銀河における硫黄全量を測定すること。これは、初期銀河の化学的進化を研究する上で重要な対象である。
• 特に矮小球状銀河における、外部銀河系における硫黄に関する包括的でない研究の不足を補うこと。
• 9213–9238 ÅのS I線における非局所熱力学的平衡（NLTE）効果を補正すること。これらの波長域はNLTEのずれに対して特に感受性が強いことが知られている。
• Sculptorにおける[S/Fe]および[S/Mg]の傾向を、銀河リングおよび他のα元素と比較し、重元素の蓄積機構を推定すること。
• 金属量に応じた[S/Mg]傾向の分析を通じて、Ia型超新星が硫黄全量の進化に与える影響を評価すること。

提案手法

• Sculptorの赤巨星巨星85個の高分解能VLT/FLAMES-GIRAFFEスペクトルを取得し、[Fe/H]は−2.5から−0.8の範囲をカバーした。
• 硫黄全量は、大気吸収に影響を受ける9213、9228、9238 ÅのS I三重線から導出された。
• 対象星の星像パラメータ（Teff、log g、[Fe/H]）に一致するパラメータグリッドに基づき、放射輸送モデルを用いてNLTE補正を計算した。
• [S/Fe]および[S/Mg]の比を計算し、一貫性を保つためにNLTE補正値を用いて銀河リングデータと比較した。
• Ia型超新星の影響は、[Fe/H]に応じた[S/Mg]傾向の分析により評価された。Ia型超新星の寄与により、[Fe/H]が高くなると[S/Mg]が増加すると予想される。
• 測定誤差と散らばりを評価し、固有の分散と観測誤差を区別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Sculptor矮小球状銀河における硫黄は、低金属量領域で[S/Fe]のプラトーを示すα元素に類似した挙動を示すか？
• RQ2 特に9213–9238 Å領域において、NLTE補正は金属貧乏星の硫黄全量測定にどのように影響を与えるか？
• RQ3 高金属量領域において、[S/Mg]傾向が示すように、Ia型超新星からの硫黄蓄積寄与が増加している証拠はあるか？
• RQ4 Sculptorにおける[S/Fe]の進化は、銀河リングと比較してどう異なるか？これは初期の星形成および蓄積効率にどのような示唆をもたらすか？
• RQ5 観測された[S/Mg]の散らばりは、主に測定誤差由来か、それとも固有の分散由来か？これは全量比の信頼性にどのような示唆をもたらすか？

主な発見

• NLTE補正を施したSculptorの[S/Fe]比は、[Fe/H] ≤ −2の星において[S/Fe] ≈ +0.16のプラトーを示し、α元素の挙動と整合的であり、銀河リングと類似している。
• 高金属量領域（[Fe/H] > −1.5）では、[S/Fe]が太陽値未満に低下し、Ia型超新星による蓄積が支配的であることを示唆している。
• [S/Mg]比は[Fe/H]に伴い増加しており、高金属量領域でIa型超新星からの硫黄寄与が増加している強力な証拠である。
• [Fe/H] ≤ −2のSculptorにおける平均[S/Mg]は−0.37（外れ値ET0322を除くと−0.30）であり、銀河リングの値（−0.39）と非常に良く一致している。
• [S/Mg]の散らばり（σ = 0.25）は[S/Fe]の散らばり（σ = 0.18）よりも大きいが、[Mg/H]測定の誤差が大きいことから、これは主に測定誤差に起因していると考えられる。
• S I三重線のNLTE補正は計算され、公開された。これにより、将来の金属貧乏星の全量分析において一貫性を保つことが可能になる。