[논문 리뷰] Evolutionary tracks and isochrones for alpha-enhanced stars

Bernardo Salasnich, L. Girardi외 2명|arXiv (Cornell University)|2000. 07. 26.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 4인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 동일한 화학 조성으로부터 유도된 일관된 투과도를 사용하여 알파-강화된 별의 자기일관성 있는 진화 궤적과 등온선을 제시한다. 주요 결과는 같은 금속성에서 알파-강화 등온선이 태양-스케일 모델보다 높은 효과적 온도를 가지며, 고금속성에서 특히 오래된 금속-rich 인구에 대해 단순히 금속성 재스케일링으로 정확히 모의할 수 없다는 것이다.

ABSTRACT

We present four large sets of evolutionary tracks for stars with initial chemical compositions [Y=0.250, Z=0.008], [Y=0.273, Z=0.019], [Y=0.320, Z=0.040] and [Y=0.390, Z=0.070] and enhancement of alpha elements with respect to the solar pattern. The major improvement with respect to previous similar calculations is that we use consistent opacities - i.e. computed with the same chemical composition as adopted in the stellar models - over the whole relevant range of temperatures. For the same initial chemical compositions [Y,Z] and otherwise identical input physics we present also new evolutionary sequences with solar-scaled mixtures of abundances. Based on these stellar models we calculate the corresponding sets of isochrones both in the Johnson-Cousins UBVRIJHK and HST/WFPC2 photometric systems. Furthermore, we derive integrated magnitudes, colours and mass-to-light ratios for ideal single stellar populations with total mass equal to 1 Msun. Finally, the major changes in the tracks, isochrones, and integrated magnitudes and colours passing from solar-scaled to alpha-enhanced mixtures are briefly outlined. Retrieval of the complete data set is possible via http://pleiadi.pd.astro.it .

연구 동기 및 목표

• 전체 온도 범위에서 알파-강화 별 조성에 대한 일관된 투과도 표의 부족을 해결하기 위해.
• 반지성 금속성에서 반태양에서 삼배 태양까지의 알파-강화 별에 대해 정확한 진화 궤적과 등온선을 제공하기 위해.
• 버블지와 타원은행 등 알파-강화 별 인구를 가진 은하의 신뢰할 수 있는 인구 합성 모델링을 가능하게 하기 위해.
• 알파-강화 모델과 태양-스케일 모델을 비교하여 등온선 위치와 통합 광학적 성질의 차이를 정량화하기 위해.
• 공개 웹 리포지토리 제공을 통해 관측 천문학에서 이러한 모델의 사용을 용이하게 하기 위해.

제안 방법

• 초기 질량 0.15에서 20 M☉, 금속성 Z = 0.008, 0.019, 0.040, 0.070인 별의 진화 궤적에 대한 네 개의 격자 계산을 수행하며, 헬륨-금속 증가 비율 Y = 0.23 + 2.25Z 를 사용한다.
• 동일한 알파-강화 화학 조성에 대해 계산된 자기일관성 있는 투과도를 사용하여 전체 온도 범위를 커버한다.
• 동일한 모델 세트에 대해 존슨-카우진스 (UBVRIJHK) 및 HST/WFPC2 광학계에서 등온선을 생성한다.
• 사용자 정의 단일 별 인구(SSP)에 대해 총 질량 1 M☉, 스펙트럼 기울기 x = 1.35인 Salpeter 초기 질량 함수를 사용하여 통합 magnitude, 색, 질량-광도 비율을 유도한다.
• Girardi 등 (2000)에서 사용된 입력 물리 모델을 그대로 적용하지만, 투과도와 중성미자 에너지 손실률만 알파-강화 조성에 맞게 조정한다.
• LMC의 NGC 1866 은하단에서 연령 10^8 년, Z = 0.008 일 때 관측된 M/L_V = 0.19 ± 0.04 와 일치시켜 하한 질량 M_l = 0.068 M☉ 를 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 알파-강화 별 조성이 태양-스케일 모델과 비교하여 허츠프룽-라스터도에서 등온선의 위치와 형태에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 동일한 알파-강화 조성에 대해 계산된 자기일관성 있는 투과도가, 일관되지 않거나 보간된 투과도와 비교할 때 별의 진화 및 등온선 성질에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 고금속성 (Z ≥ 0.040)에서 알파-강화 효과를 태양-스케일 모델의 [Fe/H] 금속성을 재스케일링하여 정확히 재현할 수 있는가?
• RQ4 오래된 연령과 다양한 금속성에서 알파-강화 단일 별 인구의 통합 광학적 성질( magnitude, 색, M/L 비율)은 태양-스케일 인구와 어떻게 다를까?
• RQ5 같은 初기 질량과 금속성에서 알파-강화 모델과 태양-스케일 모델 간의 효과적 온도, 빛의 강도, 진화 시간스케일의 정량적 차이는 무엇인가?

주요 결과

• 동일한 금속성 Z 에서 알파-강화 등온선은 태양-스케일 등온선보다 체계적으로 높은 효과적 온도를 가지며, 이는 알파-강화 혼합물에서의 낮은 투과도 때문이다.
• 별 모델의 동일한 화학 조성에 대해 계산된 자기일관성 있는 투과도는 주로 주계열 및 주계열 이후 단계에 관련된 고온 영역에서 더 정확한 진화 궤적을 이끌어낸다.
• 고금속성 (Z ≥ 0.040)에서 [Fe/H] 재스케일링으로 알파-강화 모델을 모의하는 것은 실패하며, 특히 오래된 별 인구에서 효과적 온도와 색의 차이가 뚜렷하다.
• 알파-강화 단일 별 인구의 통합 magnitude, 색, 질량-광도 비율은 태양-스케일 모델과 상당한 차이를 보이며, 특히 V 및 I 대역에서 가장 두드러진 이동이 발생한다.
• 오래되고 금속-rich (Z = 0.070) 알파-강화 등온선은 태양-스케일 등온선 대비 색-등급도에서 파란쪽으로 이동되어, 별개의 인구 합성 모델이 필요함을 시사한다.
• 이 데이터셋은 http://pleiadi.pd.astro.it 에서 공개되어 있으며, 즉시 인구 합성 및 관측 모델링에 사용 가능한 존슨-카우진스 및 HST/WFPC2 시스템의 전체 진화 궤적, 등온선, 광학적 성질을 포함한다.