[論文レビュー] The subgiant branch of omega Cen seen through high-resolution spectroscopy. I. The first stellar generation in omega Centauri?

E. Pancino, A. Mucciarelli+5 more|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 76被引用数 24

ひとこと要約

本研究では、オメガ・ケンタウリ座における6つの準巨星分岐星（SGB）星の最初の高分解能分光的分析を提示し、[Fe/H] ≈ –2.0 デシケルビン、[α/Fe] ≈ +0.4 デシケルビン、[s/Fe] ≈ 0 デシケルビンの非常に金属不足（VMP）の星族が同定された。このVMP星族は、最初の星族を表している可能性が高く、過去の低分解能年代測定研究における不一致を説明し、SGBの形状とRGB星族のサブポピュレーションを調和させる。

ABSTRACT

We analysed high-resolution UVES spectra of six stars belonging to the subgiant branch of omega Centauri, and derived abundance ratios of 19 chemical elements (namely Al, Ba, C, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, La, Mg, Mn, N, Na, Ni, Sc, Si, Sr, Ti, and Y). A comparison with previous abundance determinations for red giants provided remarkable agreement and allowed us to identify the sub-populations to which our targets belong. We found that three targets belong to a low-metallicity population at [Fe/H]~-2.0 dex, [alpha/Fe]~+0.4 dex and [s/Fe]~0 dex. Stars with similar characteristics were found in small amounts by past surveys of red giants. We discuss the possibility that they belong to a separate sub-population that we name VMP (very metal-poor, at most 5% of the total cluster population), which - in the self-enrichment hypothesis - is the best-candidate first stellar generation in omega Cen. Two of the remaining targets belong to the dominant metal-poor population (MP) at [Fe/H]~-1.7 dex, and the last one to the metal-intermediate (MInt) one at [Fe/H]~-1.2 dex. The existence of the newly defined VMP population could help to understand some puzzling results based on low-resolution spectroscopy (Sollima et al., Villanova et al.) in their age differences determinations, because the metallicity resolution of these studies was probably not enough to detect the VMP population. The VMP could also correspond to some of the additional substructures of the subgiant-branch region found in the latest HST photometry (Bellini et al.). After trying to correlate chemical abundances with substructures in the subgiant branch of omega Cen, we found that the age difference between the VMP and MP populations should be small (0+/-2 Gyr), while the difference between the MP and MInt populations could be slightly larger (2+/-2~Gyr).

研究の動機と目的

• 高分解能分光法を用いて、オメガ・ケンタウリ座の準巨星分岐星の化学組成を同定・特徴づける。
• 以前の低分解能研究による年代測定結果の不一致を解消するため、以前に検出されていなかった非常に金属不足（VMP）星族を同定する。
• SGBの構造的特徴と赤巨星分岐上での分光的に定義されたサブポピュレーション（MP、MInt、VMP）を関連付ける。
• 正確な元素比を用いて、オメガ・ケンタウリ座内の異なる星族の相対的年齢を制約する。
• 自己増幅仮説を検証するため、VMP星族がオメガ・ケンタウリ座の初期星族である可能性を評価する。

提案手法

• 欧州南天天文台（ESO）のVLTを用いて、オメガ・ケンタウリ座の6つのSGB星に対して高分解能UVESおよびFLAMES分光観測を実施した。
• 合成スペクトルフィッティングを用いて、Al、Ba、C、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、La、Mg、Mn、N、Na、Ni、Sc、Si、Sr、Ti、Yの全19元素について詳細な元素比分析を実施した。
• 得られた元素比を赤巨星からの既存の高分解能データと比較し、星を既知のサブポピュレーション（MP、MInt、VMP）に分類した。
• 等時曲線モデル（PadovaおよびBaSTI）を用いて年齢を推定し、化学的星族とSGBの形状の関係を解釈した。
• ヘリウム含有量の変動およびs過程による元素増幅が、年代測定の信頼性に与える影響を評価した。
• 誤差伝搬およびモデル整合性の検証を用いて、VMP、MP、MInt星族間の年齢差の統計的有意性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オメガ・ケンタウリ座の準巨星分岐星に非常に金属不足（VMP）の星族が存在するか、そして分光的に同定可能か？
• RQ2 既知のサブポピュレーションにおける赤巨星と比較して、SGB星の化学組成はどのように異なるか？ これは星族の分類にどのような含意を持つか？
• RQ3 VMP星族の存在が、過去のオメガ・ケンタウリ座の低分解能研究における矛盾する年代測定結果を解消できるか？
• RQ4 SGBの構造的特徴と分光的に定義された赤巨星分岐上でのサブポピュレーションの間には一対一の対応があるか？
• RQ5 VMP、MP、MInt星族の相対的年齢は何か？ そして、それらはオメガ・ケンタウリ座の形成に自己増幅が関与したというシナリオを支持するか？

主な発見

• 6つのSGB星のうち3つが、[Fe/H] ≈ –2.0 デシケルビン、[α/Fe] ≈ +0.4 デシケルビン、[s/Fe] ≈ 0 デシケルビンの非常に金属不足（VMP）星族に属しており、初期星族に一致する。
• VMP星族は、オメガ・ケンタウリ座の全星族の最大5％を占めると推定され、最初の星族であることに整合的である。
• VMP星族とMP星族の年齢差は、0 ± 2 Gyrと推定され、II型超新星による急速な元素増幅を示唆している。
• MP星族とMInt星族の年齢差はわずかに大きく、2 ± 2 Gyrである。これは中質量A型巨星がs過程元素を供給可能である可能性を示唆する。
• VMP星族にs過程による強化がないことは、MP星族とは異なり、初期星族としての起源を支持する。
• VMP星族の存在は、Sollimaら（2005b）とVillanovaら（2007）が報告した、矛盾する年齢分散の不一致を解消する。これは、解像度が低いために解明されなかった金属量の差を説明する。