[論文レビュー] Two distinct halo populations in the solar neighborhood. II. Evidence from stellar abundances of Mn, Cu, Zn, Y, and Ba

P. E. Nissen, W. J. Schuster|Mar 24, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 72被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、94個の太陽系近傍のハロー星におけるMn、Cu、Zn、Y、Baの星間元素含有量を分析し、以前に特定された2つのハロー星集団（高α星と低α星）の化学的差異を調査する。高分解能分光法と微小な元素含有量分析を用いて、[Cu/Fe]、[Zn/Fe]、[Ba/Y]に系統的な差異が認められ、それぞれ異なる化学的増幅歴を示している。高α星は、主にIIP型超新星に支配される高星形成率環境で形成されたのに対し、低α星は遅延したIa型超新星とAGB星からの寄与を伴う、ゆっくりとした進化を示す系で形成されたと考えられる。

ABSTRACT

A previous study (Nissen & Schuster 2010) of 94 dwarf stars with -1.6 < [Fe/H] < -0.4 has revealed the existence of two distinct halo populations with a systematic difference in [alpha/Fe] at a given metallicity. In continuation of that work, abundances of Mn, Cu, Zn, Y, and Ba are determined for the same sample of stars. Equivalent widths of atomic lines are measured from high resolution VLT/UVES and NOT/FIES spectra and used to derive precise abundance ratios from an LTE analysis based on MARCS model atmospheres. Systematic differences between the `high-alpha' and `low-alpha' halo populations are found for [Cu/Fe], [Zn/Fe], and [Ba/Y], whereas there is no significant difference in the case of [Mn/Fe]. At a given metallicity, [Cu/Fe] shows a large scatter that is closely correlated with a corresponding scatter in [Na/Fe] and [Ni/Fe]. The metallicity trends of [Cu/Fe], [Zn/Fe], and [Ba/Y] can be explained from existing nucleosynthesis calculations if the high-alpha stars formed in regions with such a high star formation rate that only massive stars and Type II supernovae contributed to the chemical enrichment. The low-alpha stars, on the other hand, most likely originate from systems with a slower chemical evolution, characterized by additional enrichment from Type Ia supernovae and low-mass AGB stars.

研究の動機と目的

• α/Fe比の違いによって識別された2つの異なるハロー星集団（高α星と低α星）が、他の元素含有比においても系統的な差異を示すかどうかを調査すること。
• Mn、Cu、Zn、Y、Baの含有比が、異なる星形成歴や増幅機構を示す化学的トレーサーとして機能するかどうかを特定すること。
• 観測された含有比の傾向が、IIP型およびIa型超新星、および低質量AGB星の既存の核合成モデルで説明可能かどうかを検証すること。
• 低α星集団の起源を、現在のdSph銀河およびω Cen球状星団の元素含有パターンと比較することで探求すること。
• 2つの集団間で[Mn/Fe]に顕著な差がないことが、現在の化学的進化モデルに挑戦する要因であるかどうかを評価すること。

提案手法

• 94個のF、G、K型矮星（-1.6 < [Fe/H] < -0.4）の原子線の等価幅を、VLT/UVESおよびNOT/FIESの高分解能分光法で測定した。
• MARCSモデル大気を用いたLTE解析に基づき、元素含有比を導出した。
• 高い精度を得るため、2つの厚磁盤星（HD 22879およびHD 76932）を基準として微小な元素含有量分析を実施した。
• 主に[Mn/Fe]、[Cu/Fe]、[Zn/Fe]、[Y/Fe]、[Ba/Fe]に注目し、中性子捕獲元素の進化を示す代理指標として[Bar/Y]を用いた。
• 観測傾向と比較するため、化学的進化モデルを用い、IIP型超新星、Ia型超新星、低質量AGB星からの寄与を特に評価した。
• アキュレションシナリオの評価のため、現在のdSph銀河およびω Cen球状星団の元素含有パターンと比較分析を行った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高α星と低α星のハロー星集団は、[α/Fe]以外の元素含有比において、特にCu、Zn、Y、Baに関して系統的な差異を示すか？
• RQ2 観測された[Cu/Fe]、[Zn/Fe]、[Ba/Y]の傾向は、IIP型とIa型超新星からの異なる寄与を含む核合成モデルで説明可能か？
• RQ3 星形成率の違いが主因であるならば、Mnは主にIIP型超新星で生成されるため、2つの集団間で[Mn/Fe]の差が顕著でないのはなぜか？
• RQ4 低α星の元素含有パターンは、現在のdSph銀河やω Cen球状星団のそれと類似しており、共通の起源を示唆するか？
• RQ5 AGB星と遅延したIa型超新星からの増幅が、低α星集団の化学的進化に果たす役割は何か？

主な発見

• 高α星と低α星のハロー星集団は、[Cu/Fe]、[Zn/Fe]、[Ba/Y]に顕著な差異を示し、同じ[Fe/H]において前者の比が高くなる。
• [Cu/Fe]比は大きな散らばりを示し、[Na/Fe]および[Ni/Fe]の散らばりと強く相関しており、星形成率と増幅プロセスとの関連を示唆する。
• [Cu/Fe]、[Zn/Fe]、[Ba/Y]の含有比傾向は、高α星が質量星とIIP型超新星に支配される高星形成率環境で形成された場合、核合成モデルと整合的である。
• 低α星は、遅延したIa型超新星と低質量AGB星からの寄与が顕著な、ゆっくりとした化学的進化を示す系で形成されたと考えられる。
• 2つの集団間で[Mn/Fe]の差がないことは、現在の化学的進化モデルに挑戦する要因である。Mnは主にIIP型超新星で生成されるため、星形成率の違いが主因であれば明確な差が現れるはずである。
• 低α星の元素含有パターンは、現在のdSph銀河やω Cenと完全には一致しないが、[Ni/Fe]および[Cu/Fe]に部分的な一致が認められ、AGB生成物の選択的保持や質量損失の差が関与する、より複雑な起源を示唆する。