[論文レビュー] The Gaia-ESO Survey. Mg-Al anti-correlation in iDR4 globular clusters

E. Pancino, D. Romano|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 67被引用数 52

ひとこと要約

本研究では、Gaia-ESO サーベイ iDR4 データを用いて11個の球状星団におけるMg-Al反相関を分析し、その依存関係が金属量および現在の質量に依存することを確認したが、年齢に顕著な依存関係は認められなかった。金属過剰な星団NGC 5927（[Fe/H] = –0.49 dex）の詳細な元素分光学測定を初めて報告し、外部銀河系の球状星団で観測された低[ Mg/α]値を説明するには、通常のMg-Al反相関では不十分であり、NGC 2419に類似した極端な化学組成を必要とすることが示された。

ABSTRACT

We use Gaia-ESO Survey iDR4 data to explore the Mg-Al anti-correlation in globular clusters, that were observed as calibrators, as a demonstration of the quality of Gaia-ESO Survey data and analysis. The results compare well with the available literature, within 0.1 dex or less, after a small (compared to the internal spreads) offset between the UVES and the GIRAFFE data of 0.10-0.15 dex was taken into account. In particular, we present for the first time data for NGC 5927, one of the most metal-rich globular clusters studied in the literature so far with [Fe/H]=-0.49 dex, that was included to connect with the open cluster regime in the Gaia-ESO Survey internal calibration. The extent and shape of the Mg-Al anti-correlation provide strong constraints on the multiple population phenomenon in globular clusters. In particular, we studied the dependency of the Mg-Al anti-correlation extension with metallicity, present-day mass, and age of the clusters, using GES data in combination with a large set of homogenized literature measurements. We find a dependency with both metallicity and mass, that is evident when fitting for the two parameters simultaneously, but no significant dependency with age. We confirm that the Mg-Al anti-correlation is not seen in all clusters, but disappears for the less massive or most metal-rich ones. We also use our dataset to see whether a normal anti-correlation would explain the low [Mg/$α$] observed in some extragalactic globular clusters, but find that none of the clusters in our sample can reproduce it, and more extreme chemical compositions (like the one of NGC 2419) would be required. We conclude that GES iDR4 data already meet the requirements set by the main survey goals, and can be used to study in detail globular clusters even if the analysis procedures were not specifically designed for them.

研究の動機と目的

• Gaia-ESO サーベイ iDR4 データが球状星団におけるMg-Al反相関の研究に適しているか、その品質と信頼性を評価すること。
• Mg-Al反相関の延長が、星団の金属量、現在の質量、年齢にどのように依存するかを調査すること。
• 通常のMg-Al反相関が、一部の外部銀河系球状星団で観測された低[ Mg/α]比を説明できるかどうかを特定すること。
• 金属過剰な球状星団であるNGC 5927を分析に含め、球状星団と散開星団の化学的状態のギャップを埋めること。

提案手法

• 11個の球状星団のUVES（高分解能）およびGIRAFFE（中分解能）分光計からのGaia-ESO サーベイ iDR4 データを用いた。
• 複数の研究グループが最新の技術を用いて反復的元素分光学解析を実施し、UVESとGIRAFFEデータ間の補正を実施した。
• GES iDR4、FLAMES GCサーベイ、APOGEEサーベイから得られたデータを統合し、28個の球状星団にまたがる約1,300顆の星のデータベースを均一化した。
• 線形回帰を用いて、Mg-Al反相関の延長を金属量および質量の関数としてモデル化し、年齢を二次的要因として扱った。
• 個々の星の元素分光学測定値と統合光分光法の結果を比較することで、星団の平均分光学測定値が外部銀河系星団の傾向と整合するかを評価した。
• 統計的モデリングを用いて、通常のMg-Al反相関が外部銀河系星団の低[ Mg/α]値を再現可能かどうかを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 球状星団におけるMg-Al反相関の延長は、金属量および現在の質量に依存するか。その依存関係は統計的に有意か？
• RQ2 Mg-Al反相関に星団の年齢に依存する明確な影響があるか、あるいは進化段階に依存しないか？
• RQ3 通常のMg-Al反相関（通常の銀河系球状星団で観測されるもの）は、一部の外部銀河系球状星団で観測された低[ Mg/α]比を説明できるか？
• RQ4 Gaia-ESO サーベイ iDR4 データは、MgおよびAlの元素分光学測定値について、文献値と比較してどれほど正確に再現できるか？特にUVESおよびGIRAFFE分光計との比較において。
• RQ5 金属過剰な球状星団NGC 5927を含めることで、球状星団と散開星団の化学的状態の間の補正が向上するか？

主な発見

• Mg-Al反相関の延長は、金属量および現在の質量の両方のパラメータを同時にフィットした場合に顕著な依存関係を示すが、年齢には顕著な依存関係は認められない。
• UVESとGIRAFFEデータ間のずれは小さい（0.10–0.15 dex）、補正後は文献値と0.1 dex以内で一致した。
• NGC 5927（[Fe/H] = –0.49 dex）は、本研究で分析された金属過剰性が最も高い球状星団であり、その組み込みにより散開星団との補正が向上した。
• 通常のMg-Al反相関では、一部の外部銀河系球状星団で観測された低[ Mg/α]値を再現できない。NGC 2419に類似した極端な化学組成が必要である。
• Gaia-ESO サーベイ iDR4 データは、詳細な球状星団研究に十分な品質を満たしており、分析手順がそれらを目的として設計されていなくても同様の結果が得られた。
• 28個の星団にまたがる約1,300顆の星の均一化されたデータベースは、元素分光学測定のばらつきを統計的に信頼性高く分析可能にし、将来的な多元素研究を支援する。