[논문 리뷰] A double stellar generation in the Globular Cluster NGC6656 (M 22). Two stellar groups with different iron and s-process element abundance

A. F. Marino, A. P. Milone외 5명|arXiv (Cornell University)|2009. 05. 25.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 2인용 수 154

한 줄 요약

이 연구는 M 22 은하단에서 철과 s-과정 원소 농도가 뚜렷하게 다른 두 그룹의 별을 보여주는 이중 성간 별 집단을 규명하였다. 고해상도 UVES 및 저해상도 GIRAFFE 분광법 측정 결과, 철 농도의 0.14 dex 변동이 Y, Zr, Ba와 상관관계를 보이며, 화학적으로 봉착된 물질에서 형성된 두 번째 세대 별들이 AGB 별의 바람과 핵붕괴 초신성의 물질로 오염된 것으로 나타났다.

ABSTRACT

AIMS. In this paper we present the chemical abundance analysis from high resolution UVES spectra of seventeen bright giant stars of the Globular Cluster M~22. RESULTS. We obtained an average iron abundance of [Fe/H]=-1.76\pm0.02 (internal errors only) and an αenhancement of 0.36\pm0.04 (internal errors only). Na and O, and Al and O follow the well known anti-correlation found in many other GCs. We identified two groups of stars with significantly different abundances of the s-process elements Y, Zr and Ba. The relative numbers of the two group members are very similar to the ratio of the stars in the two SGBs of M22 recently found by Piotto (2009). Y and Ba abundances do not correlate with Na, O and Al. The s-element rich stars are also richer in iron and have higher Ca abundances. The results from high resolution spectra have been further confirmed by lower resolution GIRAFFE spectra of fourteen additional M22 stars. GIRAFFE spectra show also that the Eu -- a pure r-process element -- abundance is not related to the iron content. We discuss the chemical abundance pattern of M22 stars in the context of the multiple stellar populations in GC scenario.

연구 동기 및 목표

• M 22 은하단의 밝은 거대 별들에서의 화학적 농도 패턴을 조사하여 그 별 집단의 복잡성을 이해한다.
• M 22에서 철과 s-과정 원소 농도의 변동이 다수의 별 세대와 관련이 있는지 규명한다.
• M 22에서 관측된 분할된 주거성지점 브런치(SGB)가 s-과정 원소와 상관관계가 있는 작은 철 농도 분포와 관련이 있다는 가설을 검증한다.
• AGB 별과 초신성의 역할을 분석하여, s-과정 원소와 철계 원소를 각각 은하간 매질에 오염시키는 데 기여하는 원인을 규명한다.

제안 방법

• 17개의 밝은 거대 별에서 철계, 경량 및 s-과정 원소 농도를 측정하기 위해 고해상도 UVES 분광법을 사용하였다.
• 추가로 14개의 별에 대해 저해상도 GIRAFFE 스펙트럼을 확보하여 UVES 결과를 확인하고 표본을 확장하였다.
• 합성 스펙트럼 합성과 모델 대기층을 사용하여 농도 비율을 유도하였으며, 선 목록과 대기 파rameter에 주의를 기울였다.
• s-과정 원소(Y, Zr, Ba)와 철 농도 간의 상관관계를 정량화하여 금속성 농도 분포의 존재 여부를 평가하였다.
• HST/ACS 데이터로부터의 광학적 SGB 형태와 분광학적 농도 패턴을 비교하여 화학적 차이가 관측된 색-등급도 분열과 연결지어 보았다.
• r-과정(Eu)과 α-원소(Ca)의 역할을 분석하여 r-과정과 s-과정 기여도를 구분하고 핵합성 기원을 제약하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M 22의 별들 사이에서 철 농도의 측정 가능한 분포가 존재하는가, 그리고 이는 s-과정 원소 농도와 상관관계가 있는가?
• RQ2 M 22에서 관측된 두 개의 별도의 주거성지점 브런치(SGB) 시퀀스는 서로 다른 화학 조성의 두 별 집단에 해당하는가?
• RQ3 s-과정 원소가 풍부한 별들은 철과 칼슘도 높은 농도로 오염되었으며, 이 오염은 AGB 별과 핵붕괴 초신성의 오염과 일치하는가?
• RQ4 M 22의 철 농도는 나트륨 또는 다른 경량 원소와 상관관계가 있는가, 아니면 천체 초기 금속성 분포와 예상되는 바와 같이 독립적인가?
• RQ5 이론 모델이 예측한 것처럼 약 0.14 dex의 작은 철 농도 차이로 M 22의 관측된 SGB 분열이 설명될 수 있는가?

주요 결과

• M 22의 평균 철 농도는 UVES 측정값으로 [Fe/H] = -1.76 ± 0.02이며, GIRAFFE를 포함한 가중 평균으로 -1.75 ± 0.02로 나타나 금속성 낮은 성질을 확인하였다.
• s-과정 원소(Y, Zr, Ba)에 대한 명확한 이중 분포가 발견되었으며, Na, O, Al 농도와는 상관관계가 없었다.
• s-과정 원소가 풍부한 별들은 약 0.14 dex 높은 철 농도를 보이며, 이는 s-과정 농도와 관련된 금속성 분포를 나타낸다.
• s-과정 농도가 높은 별들은 칼슘, 마그네슘, 실리콘 농도도 높게 나타나 핵붕괴 초신성에 의한 오염과 일치한다.
• r-과정 원소인 유로프( europium, Eu)는 철 농도와 상관관계가 없었으며, 이는 철 오염이 r-과정이 아닌 핵붕괴 초신성에서 비롯된 것으로 보여주는 증거이다.
• M 22에서 관측된 SGB 분열(0.17 mag의 F606W 분리)은 0.14 dex의 철 농도 분포와 일치하며, 어두운 SGB는 s-과정 농도가 높고 금속성이 더 높은 별들로 구성되어 있을 가능성이 높다.