[論文レビュー] The inner two degrees of the Milky Way. Evidence of a chemical difference between the Galactic Center and the surrounding inner bulge stellar populations

M. Schultheis, R. Michael Rich+5 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Jun 19, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 81被引用数 14

ひとこと要約

本研究は、銀河中心の内側2度の赤外線分光データを分析し、周囲の内側バルジ（50–60%）と比較して、銀河中心部では金属豊富星の割合が顕著に高く（約80%）、平均金属量が+0.2 dexに達することを明らかにした。この結果は、核境界星集団（NSC）が、豊富な金属を含む環境で急速に現地で星形成が起こったことを示唆し、広義のバルジとは化学的・力学的に独立した星の集団である可能性を支持する。

ABSTRACT

Although there have been numerous studies of chemical abundances in the Galactic bulge, the central two degrees have been relatively unexplored due to the heavy and variable interstellar extinction, extreme stellar crowding, and the presence of complex foreground disk stellar populations. In this paper we discuss the metallicity distribution function, vertical and radial gradients and chemical abundances of $α$-elements in the inner two degrees of the Milky Way, as obtained by recent IR spectroscopic surveys. We use a compilation of recent measurements of metallicities and $α$-element abundances derived from medium-high resolution spectroscopy. We compare these metallicities with low-resolution studies. Defining "metal-rich" as stars with $ m [Fe/H]>0$, and "metal-poor" as stars with $ m [Fe/H]<0$, we find compelling evidence for a higher fraction ($\sim 80\%$) of metal-rich stars in the Galactic Center (GC) compared to the values (50-60\%) measured in the low latitude fields within the innermost 600 pc. The high fraction of metal-rich stars in the GC region implies a very high mean metallicity of +0.2 dex, while in the inner 600 pc of the bulge the mean metallicity is rather homogenous around the solar value. A vertical metallicity gradient of -0.27 dex/kpc in the inner 600 pc is only measured if the GC is included, otherwise the distribution is about flat and consistent with no vertical gradient. In addition to its high stellar density, the Galactic center/nuclear star cluster is also extreme in hosting high stellar abundances, compared to the surrounding inner bulge stellar populations; this has implications for formation scenarios and strengthens the case for the NSC being a distinct stellar system.

研究の動機と目的

• 高吸収と星の密集が光学的調査を制限する内側2度の銀河中心部における金属量分布および化学成分勾配を調査すること。
• 銀河中心部が周囲の内側バルジとは異なる化学的性質を持つ特徴的な星の集団を有しているかどうかを特定すること。
• 観測された化学的差異が、核境界星集団（NSC）の形成歴およびSgr A*と呼ばれる超大質量ブラックホールとの共進化に与える影響を評価すること。
• 現在の化学的進化モデルが、内側2度の領域における観測された金属量分布および勾配を再現できるかどうかを評価すること。

提案手法

• 最近の調査、特にAPOGEEおよびKeck/NIRSPECを含む、中解像度および高解像度赤外分光測定による星の金属量およびα要素の化学成分の収集。
• 赤外線（HバンドおよびKバンド）分光法を用いて、特に冷却の巨星に対して高い星間吸収を克服すること。
• 銀河中心部（GC）と内側600 pc内の低緯度領域との間の金属量分布関数（MDF）を比較すること。
• 星の視線距離および銀河座標を用いて、垂直方向および半径方向の金属量勾配を計算し、前方のディスク汚染を慎重に除外すること。
• 異なる領域における金属豊富星（[Fe/H] > 0）および金属欠乏星（[Fe/H] < 0）の割合を統計的に定量すること。
• 既存の化学的進化モデル（例：Grieco et al. 2015; Fragkoudi et al. 2018）を比較対象として用いるが、これらは内側2度の領域では限定的である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河中心部と周囲の内側バルジ部の星の集団間に顕著な化学的差異が存在するか？
• RQ2 特に核境界星集団において、内側2度の星の金属量分布関数はどのようなものか？
• RQ3 銀河中心部領域を含めると、内側バルジにおける垂直方向の金属量勾配が成立するのか？
• RQ4 現在の化学的進化モデルが、銀河中心部で観測された高い金属量ピークを再現できるか？
• RQ5 観測された化学成分は、核境界星集団の形成メカニズムにどのような示唆を与えるか？

主な発見

• 銀河中心部では、周囲の内側バルジ（50–60%）と比較して、金属豊富星（[Fe/H] > 0）の割合が顕著に高く（約80%）なっている。
• 銀河中心部の平均金属量は+0.2 dexであり、広義の内側600 pcのバルジで観測される太陽金属量と比較して顕著に高い。
• 銀河中心部を含めた場合にのみ、垂直方向の金属量勾配（-0.27 dex/kpc）が測定されるが、銀河中心部を除くと分布は平坦で勾配なしと一致する。
• GC領域の高い金属量は、単純な閉じたボックス化学的進化モデルとは整合せず、事前に金属が豊富な環境で急速かつ現地で星形成が起こった、別個の形成歴を示唆する。
• 観測された化学的性質は、核境界星集団が化学的に特徴的な集団であり、超大質量ブラックホールの存在下で急速な星形成によって形成された可能性を支持する。
• 古い星（例：RR Lyrae）とNSC内の高い金属量の存在は、星形成とブラックホール成長の共進化を示唆するが、「若さのパラドックス」は未解決のままである。