[論文レビュー] The Helium and Heavy Elements Enrichment of the Galactic Disk

Leticia Carigi, M. Peimbert|LA Referencia (Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas)|Jan 18, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、銀河ディスクの化学的進化モデルを提示し、H II領域および太陽付近の星における観測された酸素およびヘリウムの同位体比をうまく再現している。M17の観測から、$\Delta Y/\Delta Z = 1.97 \pm 0.41$ を得ており、K矮星からの値（$2.1 \pm 0.4$ および $2.1 \pm 0.9$）と非常に良く一致し、ヘリウムの重元素に対する増加割合に関するモデルの予測が妥当であることを裏付けている。

ABSTRACT

We present chemical evolution models for the Galactic disk. We also present a new determination of X, Y, and Z for M17 a Galactic metal-rich Hii region. We compare our models for the Galactic disk with the Galactic Hii regions abundances. The $ΔY/ΔO$ ratio predicted from the galactic chemical evolution model is in very good agreement with the $ΔY/ΔO$ value derived from M17 and the primordial helium abundance, Yp, taking into account the presence of temperature variations in this Hii region. From the M17 observations we obtain that $ΔY/ΔZ = 1.97 \pm 0.41$, in excellent agreement with two $ΔY/ΔZ$ determinations derived from K dwarf stars of the solar vicinity that amount to $2.1 \pm 0.4$ and $2.1 \pm 0.9$ respectively. We also compare our models with the solar abundances. The solar and Orion nebula O/H values are in good agreement with our chemical evolution model.

研究の動機と目的

• 銀河ディスクの自己一貫性のある化学的進化モデルを構築し、観測された組成勾配および星形成歴を説明すること。
• 最新の原子データと高品質な観測を用いて、金属豊富なH II領域M17におけるヘリウム（$Y$）、水素（$X$）、重元素（$Z$）の組成決定の精度を向上させること。
• モデルが予測するヘリウム増加（$\Delta Y/\Delta Z$）を、太陽付近のH II領域およびK矮星からの観測的決定値と比較すること。
• 初期太陽の酸素対水素比（$O/H$）を校正し、ネーブラーおよび星間組成測定との整合性を評価すること。
• 温度ゆらぎ（$t^2$）がヘリウム組成決定に与える影響と、それによる$\Delta Y/\Delta Z$値への影響を評価すること。

提案手法

• 著者らは、HWYおよびLWYの星間物質生成量データセットを用いて、銀河の化学的進化モデルを構築し、ディスク内の時間的・半径的依存性を持つ$X$、$Y$、$Z$の進化をシミュレートした。
• モデルから$\Delta Y/\Delta O$および$\Delta Y/\Delta Z$比を導出し、M17およびK矮星からの観測的制約と比較した。
• 最新のHe I原子データと高分解能分光法を用いて、M17における$X$、$Y$、$Z$の新しい決定値を算出した。この際、温度ゆらぎ（$t^2 = 0.036$）を考慮した。
• モデルは、標準太陽モデルとヘルモセイズミーの結果に基づく太陽の$O/H$比を用いて検証され、重力的沈降および拡散の補正を施した。
• オリオン星団のB星からの星間組成測定を用いて、現在のISMの代理としてオリオンネビュラの$O/H$を用いた。
• 著者らは予測式 $Y = Y_p + (3.3 \pm 0.7)O$ を導出し、$O < 4.3 \times 10^{-3}$ の範囲に適用し、高次項を含む二次関数的拡張も提示した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河化学的進化モデルが予測する$\Delta Y/\Delta Z$比は何か？ また、観測的決定値とどのように一致するか？
• RQ2 M17における温度ゆらぎ（$t^2$）が導かれるヘリウム組成およびそれによる$\Delta Y/\Delta Z$値に与える影響は？
• RQ3 モデルが予測する太陽付近およびオリオンネビュラにおける$O/H$値が、観測値とどの程度一致するか？
• RQ4 初期太陽のヘリウム組成は、化学的進化モデルとヘルモセイズミーのデータの両者と一貫して整合するか？
• RQ5 HWYまたはLWYのどちらの星間物質生成量データセットが、銀河ディスクにおける観測された$\Delta Y/\Delta Z$および$O/H$勾配をよりよく再現するか？

主な発見

• モデルが予測する$\Delta Y/\Delta O$比は、M17観測から得られた値および初期ヘリウム比$Y_p = 0.2477 \pm 0.0029$と一致する。
• M17の観測から、$t^2 = 0.036$ を用いて$\Delta Y/\Delta Z = 1.97 \pm 0.41$ を新たに決定した。これはK矮星からの値（$2.1 \pm 0.4$ および $2.1 \pm 0.9$）と非常に良く一致する。
• 温度ゆらぎを無視して$\Delta Y/\Delta Z = 4.00 \pm 0.75$ をM17から導いた場合、星間データと矛盾し、温度構造を考慮することが重要であることを示している。
• HWY星間物質生成量データセットを用いた銀河化学的進化モデルは、観測された$O/H$および$C/O$勾配、および内側ディスクにおける$\Delta Y/\Delta O$比を再現している。
• モデルは、$O < 4.3 \times 10^{-3}$ の範囲で$Y = Y_p + (3.3 \pm 0.7)O$を予測し、初期酸素含有量に基づく星の初期ヘリウム比の校正を可能にする。
• オリオンネビュラの$O/H$値（$12 + \log(O/H) = 8.79 \pm 0.08$）は、現在の局所ISMの代表値として推奨され、モデルおよび星間組成データと整合的である。