[論文レビュー] The case of the disappearing CN-strong AGB stars in Galactic globular clusters -- Preliminary Results

S. W. Campbell, David Yong+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、9つの銀河球状星団における250顆のAGB星の中分解能分光観測を用いて、予期しないほどCN強A型AGB星の枯渇が生じていることを探る。多くの星団で、AGB星のCN強星が完全に存在しないか、あるいはそのRGB星集団と比較して顕著に減少していることが判明し、標準的星の進化モデルがAGBにおける窒素の増強を予測するのに対し、その予測とは食い違う。

ABSTRACT

A previously reported literature search suggested that the AGB stars in Galactic globular clusters may be showing different distributions of CN-strong and CN-weak stars as compared to their RGB stars. In most cases the second giant branches of GCs appeared to be deficient in stars with strong CN bands. However the sample sizes of AGB stars at that time were too small to give a definitive picture. Thus an observing campaign targeting GC AGB stars was proposed. We now have medium resolution spectral observations of about 250 GC AGB stars across 9 globular clusters, obtained with the 2dF/AAOmega instrument on the Anglo-Australian Telescope. In this paper we report some preliminary results regarding the distributions of CN-strong and CN-weak stars on the two giant branches of a selection of globular clusters. We find that some GCs show a total lack of CN-strong stars on the AGB, whilst some show a reduction in CN-strong stars as compared to the RGB. Standard stellar evolution does not predict this change in surface abundance between the two giant branches. We discuss some possible causes of this unexpected phenomenon.

研究の動機と目的

• 銀河球状星団におけるCN強A型AGB星が、その赤巨星分支（RGB）集団と比較して系として低濃度であるかどうかを特定すること。
• 過去のAGB星研究で生じていた、サンプルサイズが小さいことによる矛盾を解消すること。
• RGB星とAGB星の間で観測されたCN濃度差が、実際に存在するものであり、観測バイアスや分光解析の系制度によるものではないかどうかを検証すること。
• ヘリウム量や質量依存の質量放出といった、AGB星におけるCN強星の顕著な消失を説明できる進化メカニズムを検討すること。
• この現象が、特に多重集団および自己汚染シナリオに関連する球状星団の形成および化学的進化に与える影響を評価すること。

提案手法

• 英国・オーストラリア望遠鏡に搭載された2dF/AAOmega装置を用いて、9つの銀河球状星団における250顆のAGB星の高分解能分光観測データを取得した。
• 既存の調査（例：Grundahl et al. 1999; Sandquist & Bolte 2004）からの高精度な光度測定および天体測定データを用い、色-等級図（CMD）においてAGB星をRGB星から区別した。
• 全星団にわたる一貫性のあるキャリブレーションを用いて、分光解析によりCNバンドの強度を測定し、星をCN強またはCN弱に分類した。
• 同じ星団内におけるAGB星とRGB星の間で、CN強星とCN弱星の相対的割合を比較し、系統的な差異を検出することを行った。
• AGB星とRGB星を類似した温度および明るさの範囲で比較することで、観測バイアスを評価し、分光分解能や重力効果が観測された濃度差を説明できないことを確認した。
• 分析パイプラインにおける系制度的誤差を排除するため、スペクトル合成計算を計画した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河球状星団において、CN強A型AGB星はRGB星と比較して系として低濃度であるか？
• RQ2 AGB星におけるCN強星の欠如は、実際の天文学的現象であるのか、それともサンプルサイズが小さく、観測バイアスに起因するものなのか？
• RQ3 標準的星の進化モデルは、RGBからAGBへの移行に伴う表面窒素（CNバンドで示される）の減少を説明できるか？
• RQ4 ヘリウム量の違いや強化された質量放出といった物理的メカニズムが、AGB星におけるCN強星の選択的欠如を説明できるか？
• RQ5 AGB星とRGB星の間のCN濃度差は、星団ごとにどのように変化するのか？また、その変動は球状星団の形成歴および自己汚染メカニズムに何を示唆するのか？

主な発見

• いくつかの球状星団では、CN強A型AGB星が完全に検出されず、RGB星に存在するにもかかわらず、AGB星ではこの集団が完全に欠落していることを示している。
• 他の星団では、AGB星におけるCN強星の割合がRGB星と比較して顕著に低く、AGB星はCN弱星が支配的である。
• 観測されたCN濃度差は、分光分解能、重力効果、または温度依存のバンド強度変動によるものではなく、同様の星のパラメータで比較した結果、そのような要因では説明できないことが確認された。
• RGB星とAGB星の間のCN濃度差は、標準的星の進化理論に反しており、これはRGB段階での深層混合によってAGB段階でCN（および窒素）が強化されることを予測している。
• この現象は星団ごとに一様ではなく、一部の星団ではCN強A型AGB星が完全に欠落しており、他の星団では部分的な枯渇が見られるため、星団依存の物理的メカニズムが関与していると考えられる。
• 結果から、ヘリウム量の違い（ΔY ~ 0.05）や質量依存の質量放出が、CN強星をAGBから選択的に除去する可能性があることが示唆されるが、この仮説を裏付けるにはさらなるモデル化が必要である。