[논문 리뷰] Abundances of disk and bulge giants from hi-res optical spectra: II. O, Mg, Ca, and Ti in the bulge sample

Henrik Jönsson, N. Ryde외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 11. 25.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 1인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 46개의 부두 K거대성에서 고해상도 광학 스펙트럼을 재분석하여 O, Mg, Ca, Ti의 원소 농도를 결정하며, 이를 291개의 태양계근처 K거대성으로 구성된 균일한 샘플과 비교한다. 결과적으로 부두에서 국지 두꺼운 디스크와 비교해 [α/Fe] 경향이 다름을 시사하는 근거가 없으며, 이는 이전에 보고된 [O/Mg] 감소 및 [α/Fe] 대 [Fe/H] 다이어그램에서의 무릎 위치 이동과 정면으로 배치된다. 대신 부두에서 모든 금속성도에서 일정한 [O/Mg] 비율을 보인다.

ABSTRACT

Determining elemental abundances of bulge stars can, via chemical evolution modeling, help to understand the formation and evolution of the bulge. Recently there have been claims both for and against the bulge having a different [$α$/Fe] vs. [Fe/H]-trend as compared to the local thick disk possibly meaning a faster, or at least different, formation time scale of the bulge as compared to the local thick disk. We aim to determine the abundances of oxygen, magnesium, calcium, and titanium in a sample of 46 bulge K-giants, 35 of which have been analyzed for oxygen and magnesium in previous works, and compare them to homogeneously determined elemental abundances of a local disk sample of 291 K-giants. We use spectral synthesis to determine both the stellar parameters as well as the elemental abundances of the bulge stars analyzed here. The method is exactly the same as was used for analyzing the comparison sample of 291 local K-giants in Paper I of this series. Compared to the previous analysis of the 35 stars in our sample, we find lower [Mg/Fe] for [Fe/H]>-0.5, and therefore contradict the conclusion about a declining [O/Mg] for increasing [Fe/H]. We instead see a constant [O/Mg] over all the observed [Fe/H] in the bulge. Furthermore, we find no evidence for a different behavior of the alpha-iron trends in the bulge as compared to the local thick disk from our two samples.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 광학 스펙트로스코피를 사용하여 46개의 부두 K거대성에서 O, Mg, Ca, Ti의 정밀한 원소 농도를 결정하기 위해.
• 이 농도를 291개의 균일하게 분석된 태양계근처 K거대성의 농도와 직접 비교하여 부두와 국지 두꺼운 디스크 간의 화학적 차이를 평가하기 위해.
• 부두가 국지 두꺼운 디스크와 비교해 [α/Fe] 경향이 다를 가능성, 특히 [α/Fe] 대 [Fe/H] 다이어그램에서의 '무릎' 위치가 이동했는지 여부에 관해 문헌에서 갈등하는 주장들을 해결하기 위해.
• 특히 Zoccali 등(2006)과 Lecureur 등(2007)의 이전 연구에서 보고된 부두의 O 및 Mg 농도를 일관된 스펙트럼 합성 방법을 사용하여 재평가하기 위해.

제안 방법

• 고해상도 광학 스펙트로스코피(R ≈ 25,000)는 칠레의 VLT에 설치된 FLAMES/UVES 장치를 통해 확보되었다.
• 별의 대기층 파rameters(Teff, log g, [Fe/H], 미세 turbulent 속도)는 관측된 선형형과 합성 선형형을 일치시키는 스펙트럼 합성 방법을 통해 유도되었다.
• O, Mg, Ca, Ti의 원소 농도는 모델 대기층에서 계산된 합성 스펙트럼을 사용하여 관측된 선을 피팅하는 스펙트럼 합성 방법으로 결정되었다.
• 부두 샘플과 국지 디스크 샘플 양쪽에 동일한 분석 파이프라인과 모델 대기층을 적용하여 균일성을 확보하고 체계적 오차를 최소화하였다.
• 특히 더 노이지가 심한 부두 스펙트럼에서 텔루리크 흡수 특징을 신중히 피하기 위해 선이 없는 영역을 선택하고 고신호대비노이즈 데이터를 사용하였다.
• 결과는 이 시리즈의 제1편에서 동일 조건으로 분석된 291개의 태양계근처 K거대성으로 구성된 대규모 균일 샘플과 비교되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 부두는 국지 두꺼운 디스크와 비교해 [α/Fe] 경향이 다를까? 특히 [α/Fe] 대 [Fe/H] 다이어그램에서의 '무릎' 위치가 이동했는지 여부?
• RQ2 일관된 방법을 사용해 재분석했을 때, 부두에서 [Fe/H] 증가와 함께 감소하는 [O/Mg] 경향이 이전에 보고된 바와 같이 여전히 유효한가?
• RQ3 부두에서 O, Mg, Ca, Ti의 농도는 국지 두꺼운 디스크의 화학적 진화와 일치하는 경향을 보이는가?
• RQ4 특히 마이크로렌즈링 또는 저해상도 데이터를 사용한 이전 연구들 간의 괴리점은 균일한 고해상도 K거대성 분석을 통해 어떻게 조율될 수 있는가?

주요 결과

• 부두에서 산소와 마그네슘 농도를 재분석한 결과, 모든 금속성도에서 일정한 [O/Mg] 비율을 보였으며, 이는 [Fe/H] 증가와 함께 감소하는 [O/Mg] 경향이 있다는 이전 주장과 정면으로 배치된다.
• [Mg/Fe] 농도 비율이 고금속성도([Fe/H] > -0.5)에서 높은 값을 보이지 않아, Lecureur 등(2007)의 연구에서 부두가 고금속도에서 특별히 높은 [Mg/Fe]를 가졌다는 결론을 도전한다.
• 부두와 국지 두꺼운 디스크 간의 [α/Fe] 대 [Fe/H] 경향에 유의미한 차이가 없음을 발견하여, 다른 형성 시계 또는 화학적 침강 역사가 있다는 증거가 없음을 시사한다.
• 부두에서의 [Ca/Fe] 및 [Ti/Fe] 경향은 국지 두꺼운 디스크와 일치하며, 체계적인 오프셋이 없음을 보였다.
• 이전 연구에서 발생한 [Mg/Fe] 경향의 괴리점은 주로 별의 대기층 파rameters 처리 및 선 합성 방법의 방법론적 불일치에서 기인했을 가능성이 확인되었다.
• 결과적으로 부두와 국지 두꺼운 디스크 간의 화학적 유사성이 지지되며, 이는 공통된 형성 메커니즘 또는 적어도 공통된 화학적 진화 경로를 공유하고 있음을 시사한다.