[논문 리뷰] Chemical abundances in LMC stellar populations I. The Inner disk sample Based on observations collected at the VLT UT2 telescope

L. Pompéia, V. Hill외 7명|arXiv (Cornell University)|2006. 04. 01.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 69

한 줄 요약

이 연구는 FLAMES/VLT를 사용하여 대마젤란운의 내부 디스크에 있는 59개의 적색거성에 대한 고해상도 스펙트로스코픽 원소 농도를 제시하며, 은하수의 태양계 근처보다 느린 항성 형성 역사가 있음을 밝혀낸다. 주요 발견으로는 Ca, Si, Ti 등의 α-원소가 부족하고, Ni, Cr, Co, Cu가 농도가 낮으며, 중간 무거운 $s$-과정 원소(Ba, La)는 증가한 반면 경량 $s$-과정 원소(Y, Zr)는 부족한 특징적인 $s$-과정 패턴이 관측되어, 화학적 진화에 주로 Type Ia 초신성과 금속 농도가 낮은 AGB 별이 기여하고 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The advent of the new class 8 meters telescopes allows for the first time the detailed study of numerous stars of galaxies other than our own. The Large Magellanic Cloud is one of the most interesting targets due to its proximity and its relatively face-on disk, permitting to separate populations pertaining to the different structures of the galaxy. We have used FLAMES (the Fibre Large Array Multi Element Spectrograph) at the VLT-UT2 telescope to obtain spectra of a large sample of stars from the Inner Disk of the LMC, $\sim$2 kpc from the center of the galaxy. We investigate the chemical abundances of iron-peak elements, heavy and light $s$-process elements, Cu, Na, Sc and $α$-elements for a sample of red giant stars. Metallicities for the sample stars range from [Fe/H] = $-$1.76 to $-$0.02. LMC inner disk stars show a definitely different chemical pattern when compared to galactic stars of the same metallicity.

연구 동기 및 목표

• 세부 원소 농도를 통해 LMC 내부 디스크의 항성 형성 및 화학적 진화 역사를 이해하기 위해.
• LMC 적색거성에서의 주요 원소(α, $s$-과정, 철계)의 농도 패턴을 은하수 및 다른 은하들과 비교하기 위해.
• 원소의 핵합성 기원과 Type II 및 Type Ia 초신성, AGB 별의 상대적 기여를 조사하기 위해.
• 금속 농도가 낮은 AGB 별이 LMC에 무거운 $s$-과정 원소를 어떻게 풍부하게 했는지 평가하기 위해.
• LMC의 화학적 진화가 그 가까움과 상호작용 역사를 고려할 때, dSph 은하나 사지니우스 소형은하와 유사한가를 판단하기 위해.

제안 방법

• 59개의 LMC 내부 디스크 적색거성에 대해 VLT-UT2 망원경의 FLAMES 장비를 사용하여 스펙트럼을 측정하였다.
• 선형형태 합성과 등가폭 측정을 이용한 LTE 농도 분석을 수행하였다.
• OSMARCS 모델 대기와 업데이트된 원자선 목록을 사용하여 정확한 농도 결정을 수행하였다.
• α-원소(O, Mg, Si, Ca, Ti), 철계 원소(Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu), $s$-과정 원소(Y, Zr, Ba, La)의 농도 비율 [X/Fe]를 유도하였다.
• r-과정과 s-과정의 기여를 분리하기 위해 한 중간 금속 농도 별에서 Eu와 Ba의 농도를 측정하였다.
• 진화적 차이를 추론하기 위해 결과를 은하수 디스크 별, LMC 궤도별 군집, dSph 은하들과 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LMC 내부 디스크의 α-원소 농도 비율은 은하수 태양계 근처 별들과 비교해 어떻게 다를까?
• RQ2 LMC 내부 디스크의 화학적 풍부화에 대해 Type Ia와 Type II 초신성의 상대적 기여는 어느 정도일까?
• RQ3 왜 LMC 내부 디스크에서는 경량 $s$-과정 원소(Y, Zr)는 부족하고 무거운 $s$-과정 원소(Ba, La)는 증가해 있는가?
• RQ4 LMC의 철계 원소, 특히 Ni, Cr, Co, Cu의 농도는 은하수와 비교해 어떻게 다른가? 이는 핵합성에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 LMC 내부 디스크의 농도 패턴이 dSph 은하나 사지니우스 소형은하와 얼마나 유사한가? 이는 공통된 진화 경로를 시사하는가?

주요 결과

• Ca, Si, Ti의 [α/Fe] 비율은 태양계 근처 별들보다 유의미하게 낮으며, 대부분의 [Ca/Fe] 값은 태양 이하로 나타나, 느린 항성 형성 역사가 있음을 시사한다.
• O/Fe와 Mg/Fe 비율은 약간 부족하지만 은하수 분포와 일부 겹치며, α-원소들 간의 핵합성 행동이 다를 수 있음을 시사한다.
• Na와 Sc의 농도는 은하수 별들에 비해 부족하며, Ca, Si, Ti와 같은 경향을 따른다.
• Ni, Cr, Co는 일관된 부족 패턴을 보이며 [X/Fe] < 0 dex이지만, V는 태양 수준을 따라가므로 초신성에서 비표준 수확량이 있음을 시사한다.
• Cu는 강하게 농도가 낮아, 모든 금속 농도에서 [Cu/Fe] ≈ -0.70 dex로 나타나, Cu 생성에 주로 Type Ia 초신성이 기여하고 있음을 시사한다.
• 무거운 $s$-과정 원소(Ba, La)는 증가해 있으며, Ba/Fe는 금속 농도가 높아질수록 증가하지만, 경량 $s$-과정 원소(Y, Zr)는 농도가 낮아, 금속 농도가 낮은 AGB 별의 강한 기여와 일치한다.