[논문 리뷰] Analysing Globular Cluster observations - Models and Analysis Tools for Lick/IDS indices

Thomas Lilly, U. Fritze|ArXiv.org|2006. 05. 24.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 40인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 Lick/IDS 흡수선형지수를 기반으로 구형성단의 연령과 금속성을 결정하는 데 사용되는 새로운 χ² 기반 분석 도구인 LINO를 제시한다. 이 도구는 업데이트된 등온선과 완전한 Lick 지수 집합을 포함하는 진화 합성 모델(galev)에 의해 校정되었다. 연구 결과는 지수의 민감도가 연령과 금속성에 따라 변동하며, Lick 지수를 사용한 연령 추정치가 CMD 기반 값보다 약 2 Gyr 높게 나오는 것으로 나타났다. 그러나 대부분의 성단에 대해서는 문헌 자료와 잘 일치하며, 비소금성 α-함량을 가진 성단에도 불구하고도 결과는 잘 일치하였다.

ABSTRACT

We have extended our evolutionary synthesis code, GALEV, to include Lick/IDS absorption-line indices for both simple and composite stellar population models (star clusters and galaxies), using the polynomial fitting functions of Worthey et al. (1994) and Worthey & Ottaviani (1997). We present a mathematically advanced Lick Index Analysis Tool (LINO) for the determination of ages and metallicities of globular clusters (CGs): An extensive grid of GALEV models for the evolution of star clusters at various metallicities over a Hubble time is compared to observed sets of Lick indices of varying completeness and precision. A dedicated chi^2 - minimisation procedure selects the best model including 1-sigma uncertainties on age and metallicity. We discuss the age and metallicity sensitivities of individual indices and show that these sensitivities themselves depend on age and metallicity; thus, we extend Worthey's (1994) concept of a "metallicity sensitivity parameter" for an old stellar population at solar metallicity to younger clusters of different metallicities. We find that indices at low metallicity are generally more age sensitive than at high metallicity. Our aim is to provide a robust and reliable tool for the interpretation of star cluster spectra becoming available from 10m class telescopes in a large variety of galaxies: metal-rich & metal-poor, starburst, post-burst, and dynamically young. We test our analysis tool using observations from various authors for Galactic and M31 GCs, for which reliable age and metallicity determinations are available in the literature, and discuss in how far the observational availability of various subsets of Lick indices affects the results. For M31 GCs, we discuss the influence of non-solar abundance ratios on our results.

연구 동기 및 목표

• 광학적 밴드 필터를 통한 연령-금속성 딜레마를 해결하는 데 어려움을 겪는 기존 방법의 한계를 극복하고, 흡수선형지수를 통해 구형성단의 연령과 금속성을 신뢰할 수 있는 방법으로 유도하는 것.
• 외부 은하의 중간 연령 및 노령 별 성단, 특히 금속 농축 및 금속 희박 시스템에 대해 Lick 지수 분석의 적용 범위를 확장하는 것.
• 이전 방법들이 오차 추정을 포함하지 않음에 비해, 연령과 금속성에 대한 1σ 오차를 포함하는 도구를 제공하는 것.
• Lick 지수를 사용한 연령 및 금속성 추정에 비소금성 원소 비율(예: α-강화)의 영향을 시험하는 것.
• Lick 지수를 포함한 진화 합성 모델의 포괄적 격자 데이터를 공개하여 은하 및 성단 연구에 활용 가능하게 하는 것.

제안 방법

• 저자들은 Worthey 등(1994)과 Worthey & Ottaviani(1997)의 다항식 피팅 함수를 사용하여 galev 진화 합성 코드를 확장하여 모든 25개의 Lick/IDS 지수를 포함시켰다.
• 업데이트된 Padova 등온선(특히 TP-AGB 단계 포함)을 사용하여 허블 시간 스케일 동안 단일 연령, 단일 금속성의 별 집단 모델(SSP) 격자를 생성하였다.
• Lick 지수 분석 도구(LINO)는 관측된 지수와 모델 예측 간의 χ² 최소화를 수행하여 최적의 연령과 금속성 및 ±1σ 오차를 유도한다.
• 개별 지수의 연령 및 금속성에 대한 민감도를 정량화하였으며, 이는 Worthey(1994)의 금속성 민감도 파라미터 개념을 더 어린 별 집단과 비소금성 금속성으로 확장한 것이다.
• 독립적으로 결정된 연령과 금속성을 가진 은하계 및 M31의 구형성단에서의 관측된 Lick 지수를 사용하여 방법의 유효성을 검증하였다.
• Puzia 등(2005)이 동일한 성단에 대해 [α/Fe] 측정치를 제공하므로, 비소금성 α-함량 비율의 영향을 비교하여 시험하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 특히 태양 금속성 이외의 영역, 즉 오래된 별 집단 영역을 초월하여, Lick/IDS 지수의 연령 및 금속성에 대한 민감도가 다양한 연령과 금속성에서 어떻게 변화하는가?
• RQ2 Lick 지수를 사용한 연령 및 금속성 제약 조건이 전통적인 색-등급도(CMD) 방법과 비교할 때 얼마나 신뢰할 수 있는가?
• RQ3 LINO 도구는 관측된 지수의 일부 집합만을 사용하여 알려진 연령과 금속성을 정확히 복원할 수 있는가? 그리고 정밀도는 지수의 완전성에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ4 비소금성 원소 비율(예: α-강화)은 Lick 지수를 통해 유도된 연령 및 금속성 추정에 어떤 영향을 미치며, 이 영향은 체계적인가 아니면 무시할 만큼 작은가?
• RQ5 지수 측정 정확도가 연령 및 금속성 추정의 신뢰성에 어떤 영향을 미치는가? 특히 절대적 지수 강도가 상대적 민감도보다 더 중요할 경우에 대해 어떻게 되는가?

주요 결과

• LINO는 Mg1, Mg b, Fe5270, Fe5335, NaD, Hβ의 여섯 가지 핵심 지수만을 사용하여 구형성단의 금속성을 ±0.2 dex 이내로 정확히 복원한다.
• Lick 지수 기반 연령 추정치는 색-등급도(CMD) 분석 결과보다 체계적으로 약 2 Gyr 높게 나타나지만, 이 격리의 이유는 아직 밝혀지지 않았다.
• 지수의 연령 및 금속성에 대한 민감도는 일정하지 않으며, 현재 별 집단의 연령과 금속성에 따라 달라지며, 특히 저금속성에서 연령 민감도가 더 높다.
• Worthey(1994)의 금속성 민감도 파라미터 S 개념이 더 어린 별 집단과 비소금성 금속성으로까지 성공적으로 확장되었으며, 더 넓은 조건에서의 타당성을 확인하였다.
• 비소금성 원소 비율(예: [α/Fe] 변화)이 있더라도, 태양 비율 모델과 α-강화 모델 간의 연령 또는 금속성 추정에 유의미한 체계적 편향이 관측되지 않아, 비소금성 원소 비율이 결과에 크게 영향을 주지 않는 것으로 나타났다.
• 은하계 및 M31의 구형성단에 대해 문헌 자료와 양호한 일치를 보였으며, 특히 전경의 낮은 질량의 왜성성 은하 또는 젊은 시스템일 가능성이 있는 성단을 제외한 경우에 특히 잘 일치하였다.