[論文レビュー] Using Cepheids to determine the galactic abundance gradient. III.First results for the outer disc

S. M. Andrievsky, V. V. Kovtyukh+4 more|ArXiv.org|Aug 2, 2002

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 13被引用数 89

ひとこと要約

本研究では、銀河中心からの距離が10–12 kpcの19個の遠方セフェイドを用いて、外側銀河ディスクにおける金属量勾配を高分解能分光法で測定した。銀河中心からの距離R_G ≈ 10 kpcで鉄の質量関数勾配に不連続性が見られ、その以降で[Fe/H]が約0.2 dex低下している。これは二峰性の金属量分布を支持し、約10.5 kpcにおける共回転と関連する物理的障壁を示唆している。

ABSTRACT

As a continuation of our previous work, which concerned the radial abundance distribution in the galactic disc over the distances 4-10 kpc this paper presents the first results on the metallicicty in the outer disc (RG > 10 kpc). Based on high-resolution spectra obtained for 19 distant Cepheids we sampled galactocentric distances from 10 to 12 kpc. Combined with the results of our previous work on the inner and middle parts of the galactic disc, the present data enable one to study the structure of the radial abundance distribution over a large baseline. In particular, we find indications of a discontinuity in the radial abundance distribution for iron as well as a number of the other elements. The discontinuity is seen at a galactocentric distance RG = 10 kpc. This finding supports the results reported earlier by Twarog et al. (1997).

研究の動機と目的

• 遠方銀河ディスク（R_G > 10 kpc）における半径方向の金属量分布を、距離および元素分光学的指標としてのセフェイドを用いて測定すること。
• Twarogら（1997年）が開放集団を用いて示唆したR_G ≈ 10 kpcにおける金属量勾配の不連続性仮説を検証すること。
• 観測された不連続性が、星間物質の本質的特徴であるか、あるいは分光学的分析の系統的誤差に起因するものかを検討すること。
• Fe, Si, Ti, Mn, Ni, Zr, Nd, Cなどの複数元素における一貫性を検証し、その物理的意義を評価すること。
• 不連続性が共回転半径やディスク内のガス密度ギャップといった力学的特徴と相関しているかどうかを評価すること。

提案手法

• チリのラ・シリャにあるESO 1.52m望遠鏡を用いて、19個のセフェイドの高分解能分光法観測（R ≈ 48,000）を実施。SN比は約100（EE Monでは50）。
• 等価幅とモデル大気を用いた詳細な分光学的元素分光学的解析により、Fe, Si, Ti, Mn, Ni, Zr, Nd, C, O, Sc, Cu, Znを含む15元素の[X/Fe]および[X/H]を導出。
• 特にTZ Mon（通常はV_t = 1.5 km/sと極めて低い）において、線ごとの元素分光学的ばらつきを最小限に抑えるために、微乱流速度補正を適用。
• 1次元平面平行モデル大気のグリッドと分光学合成コードを用い、各元素の複数スペクトル線から元素分光学的値を導出。
• R_G = 10～12 kpcにおける半径方向の元素分光学的分布をマッピングし、4～10 kpcの既存データ（論文IおよびII）と比較して、連続的な半径方向プロファイルを構築。
• O, Sc, Cu, Znなどのスペクトル線が少ない元素（O, Sc, Cu, Zn）の信頼性を、Si, Ti, V, Niなどの多数の線から導出された値との散らばりを比較することで評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Twarog ら（1997年）が開放集団を用いて示唆したように、外側銀河ディスクにおけるR_G ≈ 10 kpcで金属量勾配に不連続性が存在するか？
• RQ2 Fe, Si, Ti, Mn, Ni, Zr, Nd, Cなどの複数元素の分光学的分布がR_G ≈ 10 kpcで一貫した断片を示すか。これは系統的誤差ではなく物理的特徴を示唆する。
• RQ3 観測された不連続性は、共回転半径やディスク内のガス密度ギャップといった力学的特徴によって説明可能か？
• RQ4 外側ディスク（10–12 kpc）における元素分光学的傾向は、内側ディスク（6.5–10 kpc）で観測された平坦な勾配とどのように比較できるか？
• RQ5 酸素やスペクトル線が少ない元素（O, Sc, Cu, Zn）の散らばりは本物のものか、分析の誤差に起因するものか。その影響は不連続性の解釈に及ぶか？

主な発見

• R_G ≈ 10 kpcで鉄の質量関数勾配に明確な不連続性が観測され、外側ディスク（R_G > 10 kpc）では[Fe/H]が約0.2 dex低下している。これはTwarog ら（1997年）の報告と一致する。
• 不連続性はSi, Ti, Mn, Co, Ni, Zr, Ndなど複数元素に対しても観測され、線ごとの系統的誤差ではなく、一貫した半径方向特徴を示している。
• 炭素の質量関数はR_G ≈ 10 kpc近辺で明確な谷を示し、セフェイドの質量範囲における初期金属量勾配と同様の第一対流混合作用効率を示唆している。
• 酸素やスペクトル線が少ない元素（O, Sc, Cu, Zn）の散らばりは大きく、信頼性が低いが、多数の線から導出されたSi, Ti, V, Niなどの元素はきわめて一貫性のある分布を示している。
• R_G ≈ 10 kpcで観測された不連続性は、Lépine, Mishurov & Dedikov（2001年）が提案した共回転におけるガス密度ギャップと整合的であり、共回転半径が約10.5 kpcに位置すると示唆している。
• TZ Monは太陽に似た元素分光学的組成を示し、Mnの過剰が強く、Li I線（W = 10 mÅ）が検出可能で、絶対Li質量関数が約0.84に相当し、変動しない超巨星と整合的である。