[論文レビュー] The Gaia-ESO Survey: Sodium and aluminium abundances in giants and dwarfs - Implications for stellar and Galactic chemical evolution

R. Smiljanić, D. Romano+41 more|Edinburgh Research Explorer (University of Edinburgh)|Feb 10, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 128被引用数 34

ひとこと要約

本研究では、ガイア-ESO調査の高分解能UVESスペクトルを用いて、6つのオープンクラスタに属する600例以上の太陽系近傍の矮星および低〜中質量の巨星におけるナトリウムおよびアルミニウムの同位体比を分析した。ナトリウムの過剰度は2.0 M⊙以上の星で増加しており、星の進化モデルと整合的であるが、アルミニウムは3.0 M⊙未満で一定のままである。しかしながら、観測された[Na/Fe]および[Al/Fe]の傾向と化学的進化モデルとの間に一貫した不一致が残っており、後期のナトリウム生成源の欠落やアルミニウム核反応生成の理解が不完全である可能性を示唆している。

ABSTRACT

Stellar evolution models predict that internal mixing should cause some sodium overabundance at the surface of red giants more massive than ~ 1.5--2.0 Msun. The surface aluminium abundance should not be affected. Nevertheless, observational results disagree about the presence and/or the degree of the Na and Al overabundances. In addition, Galactic chemical evolution models adopting different stellar yields lead to quite different predictions for the behavior of [Na/Fe] and [Al/Fe] versus [Fe/H]. Overall, the observed trends of these abundances with metallicity are not well reproduced. We readdress both issues, using new Na and Al abundances determined within the Gaia-ESO Survey, using two samples: i) more than 600 dwarfs of the solar neighborhood and of open clusters and ii) low- and intermediate-mass clump giants in six open clusters. Abundances of Na in giants with mass below ~2.0 Msun, and of Al in giants below ~3.0 Msun, seem to be unaffected by internal mixing processes. For more massive giants, the Na overabundance increases with stellar mass. This trend agrees well with predictions of stellar evolutionary models. Chemical evolution models that are able to fit well the observed [Na/Fe] vs. [Fe/H] trend in solar neighborhood dwarfs can not simultaneously explain the run of [Al/Fe] with [Fe/H], and viceversa. The comparison with stellar ages is hampered by severe uncertainties. Indeed, reliable age estimates are available for only a half of the stars of the sample. We conclude that Al is underproduced by the models, except for stellar ages younger than about 7 Gyr. In addition, some significant source of late Na production seems to be missing in the models. Either current Na and Al yields are affected by large uncertainties, and/or some important Galactic source(s) of these elements has not been taken into account up to now. [abridged]

研究の動機と目的

• 星の質量および金属量の違いによるナトリウムおよびアルミニウムの同位体比の観測的制約を改善し、星の進化および銀河化学的進化モデルの検証を目的とする。
• 現在の銀河化学的進化モデルの予測と観測された[Na/Fe]および[Al/Fe]の傾向との間に生じる不一致を解消することを目的とする。
• 赤巨星および矮星における内部混合が表面のナトリウムおよびアルミニウム同位体比に与える影響を調査することを目的とする。
• 特に大質量星からの星間物質の寄与が、銀河ディスクにおけるナトリウムおよびアルミニウムの化学的進化に与える影響を評価することを目的とする。
• 環境要因や欠落している核反応生成源が、NGC 6705のようなクラスタにおけるアルミニウム同位体比の異常を説明できるかどうかを特定することを目的とする。

提案手法

• ガイア-ESO調査の星におけるナトリウムおよびアルミニウムの線強度を高分解能UVES分光法で測定した。
• ナトリウム同位体比には非局所熱平衡（non-LTE）補正を適用し、代表的なケースについてアルミニウムの補正についても数量オーダーの推定値を用いた。
• 星の進化曲線とクラスタ所属関係から星の質量を推定し、理論的モデルとの比較を可能にした。
• 金属量および年齢に伴う同位体比の傾向を、銀河ディスクの詳細な化学的進化モデルと比較した。
• サンプルには6つのオープンクラスタに属する600例を超える太陽系近傍の矮星および巨星が含まれており、質量および年齢依存の分析が可能であった。
• データはESOアーカイブから取得され、CASUおよびFLAMES/UVESのデータ還元パイプラインを経て処理された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低〜中質量星における内部混合が赤巨星に測定可能なナトリウム過剰度をもたらすか。また、これは星の進化モデルと整合的か。
• RQ2 巨星におけるアルミニウム同位体比は内部混合に影響を受けるか。特に3.0 M⊙以上の星においてその影響は顕著か。
• RQ3 なぜ現在の銀河化学的進化モデルは、太陽系近傍における[Fe/H]に応じた観測された[Na/Fe]および[Al/Fe]の傾向を再現できないのか。
• RQ4 NGC 6705におけるアルミニウムの過剰度は、星自身の内部プロセスに起因するのか、あるいは初期条件やクラスタ形成環境などの環境要因に起因するのか。
• RQ5 高金属量における観測された[Na/Fe]の増加は、既存の星間物質生成源で説明可能か。それとも、後期のナトリウム生成源の追加が必要か。

主な発見

• 2.0 M⊙以上の星でナトリウムの過剰度が増加しており、内部混合を伴う星の進化モデルの予測と良好に一致している。
• 3.0 M⊙未満の巨星ではアルミニウム同位体比が一定であり、質量依存の蓄積の明確な証拠は得られなかった。
• 唯一アルミニウムが過剰なクラスタであるNGC 6705（主系列回折質量 >3.0 M⊙）は、星の内部プロセスではなく環境要因に起因する特異な化学組成を示している。
• 太陽系近傍の矮星における[Na/Fe]と[Fe/H]の傾向は再現されているが、高金属量で説明できない上昇が観測されており、モデルに後期のナトリウム生成源が欠落している可能性を示唆している。
• 化学的進化モデルは、低金属量のハロー星ではアルミニウムを過剰に生成し、[Fe/H] > -1.0の太陽系近傍の矮星では不足気味に生成する傾向を示しており、最も若い星を除いて一貫してそうである。
• Na/Fe > 0.00 を示す星の年齢が信頼性の低いことが、同位体比-年齢図の有用性を制限しており、モデルの検証を複雑にしている。