[논문 리뷰] Detailed chemical composition of Galactic Cepheids. A determination of the Galactic abundance gradient in the 8-12 kpc region

Bertrand Lemasle, P. François외 4명|ArXiv.org|2007. 01. 17.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 42인용 수 47

한 줄 요약

이 연구는 ESO 1.52m 망원경의 FEROS 데이터를 사용하여 30개의 은하계 펄서에서 철과 산소, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄,珪, 칼슘 등 여섯 가지 경량 원소의 고해상도 스펙트로스코픽 원소 농도를 측정한다. 8–12 kpc 영역에서 은하의 반경 방향 농도 기울기를 -0.061 dex kpc⁻¹로 결정하였으며, 이는 다른 펄서 및 개방 별단 연구와 일치하는 급격한 철 기울기를 확인한다. 그러나 산소와 나트륨의 기울기에서는 이전의 B형 항성 추적자들과의 차이를 지적한다.

ABSTRACT

The recent introduction of high resolution/large spectral range spectrographs provided the opportunity to investigate in detail the chemical composition of classical Cepheids. This paper is focussed on new abundance determinations for iron and 6 light metals (O, Na, Mg, Al, Si, Ca) in 30 Galactic Cepheids. We also give a new estimate of the Galactic radial abundance gradient. The stellar effective temperatures have been determined using the method of line depth ratios, while the surface gravity and the microturbulent velocity v$_{t}$ by imposing the ionization balance between Fe I and Fe II and the help of the curves of growth. Abundances were calculated with classical LTE atmosphere models. Abundances are obtained with RMS accuracies of the order of 0.05-0.10 dex for Fe, and 0.05-0.20 dex for the other elements. Cepheids in our sample have solar-like abundances and current measurements agree quite-well with previous determinations. We computed ``single zone'' Galactic radial abundance gradients for the 8-12 kpc region and found a slope for iron of -0.061 dex kpc$^{-1}$.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 스펙트로스코피를 사용하여 30개의 은하계 펄서에서 철과 여섯 가지 경량 원소(O, Na, Mg, Al, Si, Ca)의 정밀한 화학 농도를 결정하기 위해.
• 8–12 kpc 영역에서의 은하 반경 방향 농도 기울기를 측정하며, 철과 주요 경량 원소에 초점을 맞춘다.
• 이전 연구에서 다른 추적자(예: B형 항성, 개방 별단, 행 星간 성운)를 사용한 결과와 비교하여 유도된 농도 기울기의 일관성과 기울기의 변화 가능성을 평가하기 위해.
• 젊은 연령과 높은 밝기 덕분에 펄서가 현재 은하 디스크의 농도 분포를 추적하는 데 얼마나 신뢰할 수 있는지 평가하기 위해.
• 이전 연구에서 보고된 농도 기울기의 차이가 측정 불확실성 때문인지, 항성 연령이나 반경 분포와 관련된 내재적 변동 때문인지 조사하기 위해.

제안 방법

• 표면 온도는 선강도 비율을 사용하여 유도되었으며, 표면 중력과 미세난류 속도는 철 I와 철 II 간의 이온화 평형을 이용하여 유도되었다.
• 고해상도(R ≈ 48,000) 스펙트럼을 사용하여 고전적 LTE 대기 모델과 곡선-성장 기법을 적용하여 농도를 계산하였다.
• 스펙트럼은 라 실라의 1.52m ESO 망원경을 사용하여 촬영되었으며, 370–920 nm 범위에서 신호 대 잡음비는 40에서 136 사이였다.
• 반경 방향 농도 기울기는 8–12 kpc 영역에 대해 '단일 영역' 모델을 사용하여 계산되었으며, 불확실성은 부트스트랩 재표본 추출을 통해 추정되었다.
• 결과는 Cepheids(Andrievsky et al. 2002a), B형 항성, 개방 별단, HII 영역을 사용한 이전 연구와 비교하여 일관성과 차이점을 평가하기 위해 수행되었다.
• 분석에는 현재 샘플과 Andrievsky et al. (2002a)의 Cepheids를 포함한 확장 샘플을 통합하여 통계적 안정성을 향상시켰다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Cepheids를 통해 추적한 8–12 kpc 영역에서 철의 정밀한 반경 방향 농도 기울기는 무엇인가요?
• RQ2 동일한 반경 범위에서 경량 원소(O, Na, Mg, Al, Si, Ca)의 농도 기울기는 철의 기울기와 어떻게 비교되는가요?
• RQ3 Cepheids에서 유도된 농도 기울기는 B형 항성 또는 개방 별단에서 유도된 기울기와 일관성이 있는가요?
• RQ4 이전 연구 간 농도 기울기의 차이가 측정 불확실성 때문인지, 추적자 집단의 내재적 차이 때문인지 어떻게 평가되는가요?
• RQ5 Cepheids가 현재 은하 디스크의 농도 분포를 얼마나 신뢰할 수 있고 균일하게 탐색할 수 있는가요?

주요 결과

• 8–12 kpc 영역에서 철 농도 기울기는 -0.061 dex kpc⁻¹로 측정되었으며, 균일한 거리 측정을 가진 69개의 Cepheids를 포함할 경우 약간 평탄한 -0.056 dex kpc⁻¹의 값으로 수정된다.
• 유도된 철 기울기는 Andrievsky et al. (2002a)의 다중 영역 기울기 모델의 중심 영역에서 보고된 값보다 더 급격하다.
• 산소의 기울기는 -0.041 ± 0.034 dex kpc⁻¹이며, Andrievsky et al. (2002a)에서 보고된 -0.022 ± 0.009 dex kpc⁻¹보다 더 급격하며, Fitzsimmons et al. (1992) 및 Kilian-Montenbruck et al. (1994)에서 보고된 평탄한 값과도 일치하지 않는다.
• 나트륨은 -0.042 ± 0.029 dex kpc⁻¹의 기울기를 보이며, Andrievsky et al. (2002a)에서 보고된 -0.023 ± 0.006 dex kpc⁻¹보다 더 급격하여 추적자 집단 또는 측정 시스템의 잠재적 차이를 시사한다.
• Silicon과 calcium의 기울기는 이전 연구와 양호한 일치를 보이며, Si는 -0.031 ± 0.029 dex kpc⁻¹, Ca는 -0.014 ± 0.029 dex kpc⁻¹로 Andrievsky et al. (2002a)의 값과 불확실성 범위 내에서 일치한다.
• 더 넓은 기반에서 계산된 전체 반경 기울기는 -0.070 ± 0.008 dex kpc⁻¹이며, 개방 별단과 Cepheids를 사용한 다른 연구들과 일치하여 태양계 근처에서 급격한 기울기가 존재함을 지지한다.