[논문 리뷰] FORS2/VLT survey of Milky Way globular clusters I. Description of the method for derivation of metal abundances in the optical and application to NGC 6528, NGC 6553, M 71, NGC 6558, NGC 6426 and Terzan 8

Bruno Dias, B. Barbuy외 7명|arXiv (Cornell University)|2014. 09. 15.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 59인용 수 16

한 줄 요약

이 연구는 중간 해상도(R ~ 2,000)의 FORS2/VLT 스펙트럼을 이용하여 은하수 궤도별 적색 거성에서 표면온도, 중력가속도, 금속성, [α/Fe], 그리고 라디얼 속도를 유도하기 위해 ETOILE 코드와 별성 라이브러리(MILES 및 Coelho et al. 2005)를 사용하는 강력한 전광선 스펙트럼 피팅 방법을 제시한다. 주요 기여는 NGC 6426에 대해 처음으로 개별 별에서의 [Fe/H] = -2.39 ± 0.04 및 [Mg/Fe] = 0.38 ± 0.06를 얻은 것으로, 이는 금속성 낮은 성질과 현장 별의 경향과 일치함을 확인한다.

ABSTRACT

(abridged) We have observed almost 1/3 of the globular clusters in the Milky Way, targeting distant and/or highly reddened objects, besides a few reference clusters. A large sample of red giant stars was observed with FORS2@VLT/ESO at R ~ 2,000. The method for derivation of stellar parameters is presented with application to six reference clusters. We aim at deriving the stellar parameters effective temperature, gravity, metallicity and alpha-element enhancement, as well as radial velocity, for membership confirmation of individual stars in each cluster. We analyse the spectra collected for the reference globular clusters NGC 6528, NGC 6553, M 71, NGC 6558, NGC 6426 and Terzan 8. They cover the full range of globular cluster metallicities, and are located in the bulge, disc and halo. Full spectrum fitting techniques are applied, by comparing each target spectrum with a stellar library in the optical region at 4560-5860 A. We employed the library of observed spectra MILES, and the synthetic library by Coelho et al. (2005). Validation of the method is achieved through recovery of the known atmospheric parameters for 49 well-studied stars that cover a wide range in the parameter space. We adopted as final stellar parameters (effective temperatures, gravities, metallicities) the average of results using MILES and Coelho et al. libraries. We identified 4 member stars in NGC 6528, 13 in NGC 6553, 10 in M 71, 5 in NGC 6558, 5 in NGC 6426 and 12 in Terzan 8. Radial velocities, Teff, log(g), [Fe/H] and alpha-element enhancements were derived. We derived abundances for NGC 6426 from spectroscopy for the first time. The method proved to be reliable for red giant stars observed with resolution R ~ 2,000, yielding results compatible with high-resolution spectroscopy. The derived alpha-element abundances show [A/Fe] vs. [Fe/H] consistent with that of field stars at the same metallicities.

연구 동기 및 목표

• 중간 해상도(R ~ 2,000)의 은하수 궤도별 적색 거성의 옵티컬 스펙트럼으로부터 표면온도(Teff), 중력가속도(log g), [Fe/H], [α/Fe], 그리고 라디얼 속도를 신뢰할 수 있는 방법으로 유도하는 것.
• 넓은 범위의 온도, 중력가속도, 금속성, 알파 과잉을 포함한 알려진 파arameters를 가진 잘 연구된 기준 별들을 이용하여 방법의 유효성을 검증하는 것.
• 은하수 궤도별 6개(NGC 6528, NGC 6553, M 71, NGC 6558, NGC 6426, Terzan 8)를 대상으로 금속성 전 범위를 커버하는 중간 해상도 스펙트럼에 방법을 적용하는 것.
• 이전 고해상도 데이터가 제한된 별들, 특히 NGC 6426와 Terzan 8에 대해 정밀한 개별 별의 스펙트럼 금속성과 알파 원소 농도를 제공하는 것.
• 다양한 은하 성분(은하수 중심부, 디스크, 허브)에 걸쳐 동일한 금속성에서 관측된 현장 별의 원소 농도 경향, 특히 [α/Fe] vs. [Fe/H] 관계와의 일관성을 확인하는 것.

제안 방법

• 관측된 FORS2/VLT 스펙트럼(R ~ 2,000, 4560–5860 Å)을 ETOILE 코드를 사용하여 별성 라이브러리와 비교하는 전광선 피팅.
• 두 라이브러리의 사용: 관측된 MILES 라이브러리와 합성된 Coelho et al. (2005) 라이브러리로, 최종 파arameters는 양자 결과의 평균을 취함.
• 49개의 기준 별에 대해 알려진 대기 파arameters(Teff, log g, [Fe/H], [Mg/Fe])를 복원함으로써 유효성 검증(4000 K < Teff < 6000 K, 0.0 < log g < 4.0, -2.5 < [Fe/H] < +0.3, -0.2 < [Mg/Fe] < +0.6).
• 금속성 높은 별들을 포함한 별성 라이브러리(MILES)를 금속성 높은 별들(예: NGC 6528, NGC 6553)에 사용함. 이는 관측된 성질과 고해상도 금속성 높은 고알파 별의 더 나은 커버리지 덕분.
• 금속성 낮은 별들(예: NGC 6426, Terzan 8)에 대해 Coelho et al. 합성 라이브러리를 사용함. MILES 라이브러리가 [α/Fe] > 0.4인 고알파 별을 충분히 포함하지 못하기 때문.
• 멤버십 확인을 위한 라디얼 속도 결정은 상관관계 및 선형 프로파일 피팅을 통해 수행됨.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중간 해상도(R ~ 2,000) 스펙트럼을 이용한 전광선 피팅이 궤도별 적색 거성의 표면온도, 금속성, [α/Fe] 등의 파arameters를 신뢰성 있게 유도할 수 있는가?
• RQ2 MILES 라이브러리와 Coelho et al. (2005) 라이브러리에서 유도된 파arameters는 어떻게 비교되며, 각 금속성 범위에서 어느 라이브러리가 더 우수한 성능을 보이는가?
• RQ3 이전에 개별 별의 스펙트럼 측정이 없는 NGC 6426의 정밀한 라디얼 속도, 금속성, 알파 원소 농도는 무엇인가?
• RQ4 이 별들에서 유도된 [α/Fe] 농도는 동일한 금속성에서 관측된 현장 별의 경향과 일치하는가?
• RQ5 이 방법은 은하수 궤도별의 다양한 성분(은하수 중심부, 디스크, 허브)을 포함하는 6개의 목표 별집에 대해 강건한가?

주요 결과

• 49개의 기준 별에 대해 넓은 범위의 Teff, log g, [Fe/H], [Mg/Fe]에서 알려진 파arameters를 성공적으로 복원하여, 궤도별 연구에 대한 방법의 신뢰성을 검증함.
• NGC 6426에 대해 첫 번째로 개별 별에서의 스펙트럼 측정을 통해 [Fe/H] = -2.39 ± 0.04 및 [Mg/Fe] = 0.38 ± 0.06를 도출하여 금속성 낮은 성질을 확인함.
• NGC 6426의 유도된 라디얼 속도는 <v helio> = -242 ± 11 km/s로, 허브 위치와 일치함.
• 이 별집의 [α/Fe] vs. [Fe/H] 관계는 동일한 금속성에서 관측된 현장 별의 관계와 일치하여 공통된 화학적 풍화 역사를 지지함.
• 금속성 낮고 고[α/Fe]인 별집의 경우, MILES 라이브러리가 Coelho 라이브러리보다 더 신뢰할 수 있는 결과를 제공함. Coelho 라이브러리는 [α/Fe] < 0.4 dex로 제한됨.
• 이 방법은 은하수 궤도별 대규모 조사에 적용 가능하며, 유사한 해상도 데이터를 사용하는 외성간 연구에도 유망한 가능성을 보임.