[논문 리뷰] Age and metallicity for six LMC clusters and their surrounding field population

B. Dirsch, T. Richtler외 2명|arXiv (Cornell University)|2000. 04. 03.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 CCD Strömgren 광도측정을 이용해 LMC의 여섯 개의 별집과 그 주변의 항성들에 대한 연령과 금속성을 결정하였으며, 최근 20억 년 동안 금속성 농도가 6배 증가한 것으로 밝혀졌다. 유도된 연령-금속성 관계(AMR)는 금속성이 낮은 항성이 많이 존재한다고 예측하는 모델과 부합하지 않으며, 최근에 발표된 Pagel & Tautvais̆vienė(1998)의 AMR와도 일치하지 않는다.

ABSTRACT

We investigate, on the basis of CCD Stroemgren photometry, the ages and metallicities of six LMC clusters together with their surrounding field population. The clusters and metallicities are: NGC1651 (in the range [Fe/H]=-0.65 dex to -0.41 dex), NGC1711 (-0.57+/-0.17 dex), NGC 1806 (-0.71+/-0.23 dex), NGC2031 (-0.52+/-0.21 dex) and NGC2136/37 (-0.55+/-0.23 dex) and NGC2257 (-1.63+/-0.21 dex). In the cluster surroundings, we found about 650 field stars that were suitable to be used for a determination of an age-metallicity relation (AMR). Our method is to estimate ages for individual stars on the basis of Stroemgren isochrones with individually measured metallicities. With this method we are able to sample the AMR of the field population up to 8 Gyr. Our metallicity data are incompatible with models predicting many metal-poor stars (G-dwarf problem). The metallicity of the field population increased by a factor of six, starting around 2 Gyr ago. The proposed AMR is consistent with the AMR of the LMC cluster system (including ESO 121 SC03 and three clusters with an age of 4 Gyr).

연구 동기 및 목표

• 고정밀 Strömgren 광도측정을 이용해 LMC의 여섯 개의 별집과 그 주변 항성들의 연령과 금속성을 결정하기.
• 특히 40억 년 이상인 항성들에 대해 LMC 주변 항성의 연령-금속성 관계(AMR)를 조사하기.
• 주변 항성들의 화학적 풍부도 역사가 별집 시스템의 것과 일치하는지 테스트하기.
• 특히 금속성이 낮은 항성이 과잉 존재한다는 문제인 'G-거품 문제'를 포함한 LMC의 화학적 진화의 모순을 해결하기.
• 업데이트된 이소클론을 사용해 금속성이 낮은 항성들의 광도측정 금속성 보정을 향상시키기.

제안 방법

• CCD Strömgren 광도측정을 이용해 여섯 개의 LMC 별집과 그 주변 영역의 개별 항성들의 색상(b-y, v-y 등)을 측정하였다.
• 이론적 이소클론을 사용해 적색 거대성 및 초거대성 항성에 대해 보정된 c1 인덱스와 (b-y) 색상에 기반해 금속성을 유도하였다.
• 측정된 금속성과 함께 관측된 색상-등급도를 Strömgren 이소클론에 맞추어 개별 항성의 연령을 추정하였다.
• 약 650개의 주변 항성들로부터 유도된 개별 연령과 금속성 추정치를 조합하여 주변 항성 인구의 연령-금속성 관계(AMR)를 구성하였다.
• 이 AMR는 기존의 별집 데이터와 이론 모델, 특히 Pagel & Tautvais̆vienė(1998)의 AMR와 비교되었다.
• 이 방법을 통해 AMR를 약 80억 년까지 샘플링할 수 있었으며, LMC 주변 항성의 화학적 풍부도 역사에 대한 세밀한 연구가 가능했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LMC 주변 항성 인구의 연령-금속성 관계(AMR)는 무엇인가? 특히 40억 년 이상 된 항성들에 대해 어떻게 되는가?
• RQ2 LMC의 여섯 개 별집의 금속성은 주변 주변 항성 인구와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 관측된 주변 항성의 금속성 분포는 금속성이 낮은 항성이 다수 존재한다고 예측하는 모델과 일치하는가? (G-거품 문제)
• RQ4 이 연구에서 유도된 주변 항성의 AMR는 LMC 별집 시스템에서 유도된 AMR와 일치하는가?
• RQ5 이 연구에서 제안된 AMR는 최근에 발표된 Pagel & Tautvais̆vienė(1998)의 AMR와 일치하는가?

주요 결과

• NGC 1651, NGC 1711, NGC 1806, NGC 2031의 금속성은 이 연구에서 처음으로 광도측정 방법을 통해 결정되었으며, [Fe/H] = -0.65에서 -0.41 dex 사이의 범위를 가졌다.
• NGC 2257는 매우 금속성이 낮은 것으로 밝혀졌으며, [Fe/H] = -1.63 ± 0.21 dex로, 오래된 연령과 일치하였다.
• 주변 항성 인구는 최근 20억 년 동안 금속성 농도가 6배 증가한 것으로 나타나, 최근에 강한 화학적 풍부도가 일어났음을 시사한다.
• 유도된 주변 항성 인구의 AMR는 금속성이 낮은 항성이 다수 존재한다고 예측하는 모델과 부합하지 않으며, LMC 맥락에서 G-거품 문제를 해결한다.
• 이 연구에서 제안된 AMR는 ESO 121-SC03, NGC 2121, NGC 2155, SL 663(연령 약 40억 년)와 같은 별집 시스템의 AMR와 일치한다.
• 이 연구에서 유도된 AMR는 최근에 제안된 Pagel & Tautvais̆vienė(1998)의 AMR와 부합하지 않으며, 그 모델의 재검토가 필요함을 시사한다.