[논문 리뷰] Chemical enrichment and star formation in the Milky Way disk; I. Sample description and chromospheric age-metallicity relation

H. J. Rocha–Pinto, W. J. Maciel외 2명|arXiv (Cornell University)|2000. 01. 21.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 2인용 수 15

한 줄 요약

이 연구는 552개의 늦은 유형의 난류 별을 사용하여 태양계 부근의 연령-중금속도 관계(AMR)를 조사한다. 연령 추정을 위해 색체 활성 지표를, 중금속도를 위해 uvby 광도를 활용한다. 연구는 150억 년 동안 최소 0.56 dex의 급격한 중금속도 증가를 발견하였으며, 내재된 산란은 0.13 dex로 매우 낮다. 이는 이전의 분광학적 연구에서 보고된 높은 산란과는 정면으로 대비되며, 특히 Edv93 샘플에서의 선택 편향이 관측된 산란을 과대평가했을 가능성을 제기한다.

ABSTRACT

The age-metallicity relation of the solar neighbourhood is studied using a sample of 552 late-type dwarfs. This sample was built from the intersection of photometric catalogues with chromospheric activity surveys of the Mount Wilson group. For these stars, metallicities were estimated from uvby data, and ages were calculated from their chromospheric emission levels using a new metallicity-dependent chromospheric activity-age relation developed by Rocha-Pinto & Maciel (1998). A careful estimate of the errors in the chromospheric age is made. The errors in the chromospheric indices are shown to include partially the effects of the stellar magnetic cycles, although a detailed treatment of this error is still beyond our knowledge. It is shown that the results are not affected by the presence of unresolved binaries in the sample. We derive an age-metallicity relation which confirms the mean trend found by previous workers. The mean metallicity shows a slow, steady increase with time, amounting at least 0.56 dex in 15 Gyr. The initial metallicity of the disk is around -0.70 dex, in agreement with the G dwarf metallicity distribution. According to our data, the intrinsic cosmic dispersion in metal abundances is around 0.13 dex, a factor of two smaller than that found by Edvardsson et al. (1993). We show that chromospheric ages are compatible with isochrone ages, within the expected errors, so that the difference in the scatter cannot be caused by the accuracy of our ages and metallicities. This reinforces some suggestions that the Edvarsson et al.'s sample is not suitable to the determination of the age-metallicity relation.

연구 동기 및 목표

• 늦은 유형의 난류 별의 대규모 독립 샘플을 사용하여 태양계 부근의 연령-중금속도 관계(AMR)를 재표현한다.
• Edv93 분광학적 샘플에서 보고된 높은 중금속도 산란이 은하수 디스크의 진정한 특성인지, 또는 선택 편향의 산물인지 테스트한다.
• 색체 활성도가 별의 연령 추정 도구로 신뢰할 수 있는지, 등온선 연령과의 일관성 여부를 평가한다.
• Carraro 등이 제기한 3–50억 년 사이의 금속 농도가 높은 별이 부족한 현상이 진정한 특성인지, 또는 표본 추출 오류인지 조사한다.
• 은하수 디스크의 初기 중금속도를 결정하고, 중금속 농도의 내재된 산란을 평가한다.

제안 방법

• 마운트 윌슨 그룹의 색체 활성도 조사와 광도 카탈로그를 교차 식별하여 552개의 늦은 유형의 난류 별 샘플을 구성하였다.
• 분광학적 값에 校정된 uvby 광도를 사용하여 중금속도를 추정하였다.
• Rocha-Pinto & Maciel (1998)의 새로운 금속도 의존성 활성-연령 관계를 사용하여 색체 방출 지표에서 항성 연령을 계산하였다.
• 항성 자기 활동 주기와 분리되지 않은 이중성 등에 기인한 오차 분석을 철저히 수행하였으며, 연령 추정에 유의미한 영향을 주지 않았다.
• 등온선 연령과 색체 연령를 비교하여 방법의 타당성을 검증하였으며, 기대되는 오차 범위 내에서 양자 간의 양호한 일치를 확인하였다.
• 특히 거리 편향과 밝고 진화된 별을 선호적으로 추출하는 것과 같은 선택 효과가 AMR 산란에 미치는 영향을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Edv93 분광학적 샘플에서 관측된 높은 중금속도 산란은 은하수 디스크의 진정한 특성인지, 또는 샘플 선택의 산물인지?
• RQ2 색체 활성도-연령 관계는 늦은 유형의 난류 별에 대해 신뢰할 수 있고 일관된 연령 추정을 제공하는가, 특히 등온선 기반 연령과 비교할 때?
• RQ3 연령-중금속도 관계의 내재된 산란은 얼마이며, 이는 이전의 추정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 3–50억 년 사이의 금속 농도가 높은 별이 부족한 현상은 진정한 특성인지, 또는 관측 편향의 결과인가?
• RQ5 색체 연령는 AMR의 모순, 특히 금속 농도가 높은 별의 연령에 관해 해결할 수 있는가?

주요 결과

• 연령-중금속도 관계는 태양계 부근에서 150억 년 동안 최소 0.56 dex의 급격한 중금속도 증가를 보이며 매끄럽고 일관된 증가 추세를 보인다.
• 내재된 중금속도 산란은 0.13 dex로 추정되며, Edv93에서 보고된 0.25 dex보다 훨씬 낮다. 이는 Edv93의 높은 산란이 샘플 편향의 결과일 가능성이 높다는 것을 시사한다.
• 은하수 디스크의 초기 중금속도는 약 -0.70 dex로 추정되며, 얇은 디스크 형성 이전의 사전 enrichment를 시사한다.
• 색체 연령는 기대되는 오차 범위 내에서 등온선 연령과 일치하며, 색체 방법이 연령 추정에 있어 신뢰할 수 있음을 뒷받침한다.
• 이 연구는 Edv93 샘플에서 거리 편향과 밝고 진화된 별을 선호적으로 추출하는 잠재적 선택 편향을 규명하였으며, 이는 높은 관측 산란과 3–50억 년 사이 금속 농도가 높은 별이 부족한 현상의 원인일 수 있음을 시사한다.
• 결과는 AMR가 화학적 진화 모델에 대한 견고한 제약 조건임을 지지하며, Edv93 샘플은 체계적 편향이 존재하여 진정한 AMR를 유도하는 데 부적합할 수 있음을 시사한다.