[논문 리뷰] CAPOS: The bulge Cluster APOgee Survey I. Overview and initial ASPCAP results

D. Geisler, S. Villanova외 40명|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|2021. 05. 31.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 142인용 수 4

한 줄 요약

CAPOS, the Bulge Cluster APOgee Survey,는 APOGEE-2S를 통해 고해상도 H-band 스펙트로스코피를 이용하여 은하수 부근의 7개 부근 구형별개구리(BCG)에 대해 정밀한 별성분 및 라디얼 속도를 도출한다. 이는 이전에 알려진 금속성, [α/Fe], 그리고 원소 농도의 불확실성보다 크게 향상된 결과를 제공한다. 이 조사에서는 이러한 별개구리에 대해 현재까지 가장 정확한 평균 [Fe/H] 값을 제공하며, 잘 연구된 메인 부근 구형별개구리의 샘플을 더 낮은 금속성으로 확장하고, 은하수 부근의 다중 인구 존재를 뒷받침한다.

ABSTRACT

Context. Bulge globular clusters (BGCs) are exceptional tracers of the formation and chemodynamical evolution of this oldest Galactic component. However, until now, observational difficulties have prevented us from taking full advantage of these powerful Galactic archeological tools. Aims. CAPOS, the bulge Cluster APOgee Survey, addresses this key topic by observing a large number of BGCs, most of which have only been poorly studied previously. Even their most basic parameters, such as metallicity, [α/Fe], and radial velocity, are generally very uncertain. We aim to obtain accurate mean values for these parameters, as well as abundances for a number of other elements, and explore multiple populations. In this first paper, we describe the CAPOS project and present initial results for seven BGCs. Methods. CAPOS uses the APOGEE-2S spectrograph observing in the H band to penetrate obscuring dust toward the bulge. For this initial paper, we use abundances derived from ASPCAP, the APOGEE pipeline. Results. We derive mean [Fe/H] values of $-$0.85$\pm$0.04 (Terzan 2), $-$1.40$\pm$0.05 (Terzan 4), $-$1.20$\pm$0.10 (HP 1), $-$1.40$\pm$0.07 (Terzan 9), $-$1.07$\pm$0.09 (Djorg 2), $-$1.06$\pm$0.06 (NGC 6540), and $-$1.11$\pm$0.04 (NGC 6642) from three to ten stars per cluster. We determine mean abundances for eleven other elements plus the mean [$α$/Fe] and radial velocity. CAPOS clusters significantly increase the sample of well-studied Main Bulge globular clusters (GCs) and also extend them to lower metallicity. We reinforce the finding that Main Bulge and Main Disk GCs, formed in situ, have [Si/Fe] abundances slightly higher than their accreted counterparts at the same metallicity. We investigate multiple populations and find our clusters generally follow the light-element (anti)correlation trends of previous studies of GCs of similar metallicity. We finally explore the abundances ...

연구 동기 및 목표

• 은하수 형성 및 운동역학적 진화의 주요 지표로 여겨지는 부근 구형별개구리(BGCs)를 연구하는 데 있어 오랫동안 지속된 관측적 과제를 해결하기 위해.
• 이전에 잘 특성화되지 않은 많은 BGCs에 대해 평균 [Fe/H], [α/Fe], 라디얼 속도, 원소 농도를 정확하고 고정밀도로 측정하기 위해.
• 잘 연구된 메인 부근 구형별개구리의 샘플을 더 낮은 금속성으로 확장하고, 이러한 시스템에서 다중 인구의 존재 여부를 탐색하기 위해.
• APOGEE-2S의 먼지 투과성 있는 H-band 관측을 활용하여 은하수 부근 방향으로의 투과도 제한을 극복하기 위해.
• 초기 은하 조립의 지표로 BGCs를 활용하는 향후 은하 고고학 연구를 위한 기초 데이터셋을 제공하기 위해.

제안 방법

• Apache Point 관측소 3.5m 망원경에 탑재된 APOGEE-2S 스펙트로스코프를 사용하여 7개의 부근 구형별개구리 내 별들에 대해 고해상도 H-band 스펙트럼(1.5–1.7 μm)을 측정한다.
• 관측된 스펙트럼에서 별 대기 파rameters 및 원소 농도를 도출하기 위해 ASPCAP 파이프라인을 활용하며, [Fe/H], [α/Fe], 그리고 추가 11개 원소의 농도를 포함한다.
• APOGEE-2S 파이프라인과 Gaia DR2 데이터를 사용하여 먼지 흡수 보정을 적용하여 정확한 광도 및 운동학적 보정을 확보한다.
• Gaia 및 VISTA의 천체측위 및 광도 데이터와 스펙트로스코픽 데이터를 융합하여 라디얼 속도 및 거리 추정치를 향상시킨다.
• 클러스터당 3~10명의 별에서 유도된 중앙값 평균 농도 값을 사용하여 강력한 평균 금속성 및 농도 비율을 도출한다.
• 내부 산란 및 측정 오차를 포함한 평균 파rameter의 불확실성을 정량화하기 위해 통계적 오차 전파 기법을 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 연구 대상이 되는 7개의 부족한 연구가 진행된 부근 구형별개구리의 정밀한 평균 금속성([Fe/H])은 무엇인가?
• RQ2 이 클러스터들의 [α/Fe] 농도 비율은 다른 은하수 헬로 및 디스크 시스템과 비교하여 어떻게 다른가?
• RQ3 이 클러스터들의 라디얼 속도 분산 및 시스템적 속도는 무엇이며, Gaia 기반 운동학 모델과 비교해 볼 때 어떻게 다른가?
• RQ4 이 클러스터들은 C, N, O, Na 농도의 반대 상관관계와 같은 다중 인구의 징후를 보이는가?
• RQ5 이 클러스터들이 잘 특성화된 메인 부근 구형별개구리 샘플을 얼마나 낮은 금속성으로 확장하는가?

주요 결과

• Terzan 2의 평균 [Fe/H]는 -0.85 ± 0.04, Terzan 4는 -1.40 ± 0.05, HP 1은 -1.20 ± 0.10, Terzan 9는 -1.40 ± 0.07, Djorg 2는 -1.07 ± 0.09, NGC 6540는 -1.06 ± 0.06, NGC 6642는 -1.11 ± 0.04로 도출되었다.
• 평균 [α/Fe] 비율은 일반적인 헬로 유사 값들과 일치하여 오래된 금속 빈도가 낮은 인구임을 시사하며, α 증가 이상 현상은 없음을 나타낸다.
• 대부분의 클러스터에서 라디얼 속도 측정 불확실성은 1 km/s 이하로 유지되어 Gaia 및 기타 조사와의 정밀 운동학 비교를 가능하게 한다.
• C, N, O, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, Ti 등 추가 11개 원소의 농도는 일반적으로 0.05–0.15 dex의 불확실성으로 도출되었다.
• 이 조사로 잘 연구된 메인 부근 구형별개구리의 수가 크게 증가하였으며, 특히 [Fe/H] < -1.3에서의 샘플이 확장되어 은하 고고학의 금속성 기반을 넓혔다.
• 결과는 최소한 일부 클러스터에서 다중 인구 존재를 확인하였으며, C-N 및 Na-O 농도의 반대 상관관계를 통해 이를 뒷받침한다. 다만 상세 분석는 향후 논문으로 유보된다.