[논문 리뷰] Lithium in the Globular Cluster NGC 6397: Evidence for dependence on evolutionary status

J. I. Gónzalez Hernández, P. Bonifacio외 7명|arXiv (Cornell University)|2009. 09. 07.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 42인용 수 46

한 줄 요약

이 연구는 3차원 유체역학적 모델 대기구조를 사용하여 금속성 낮은 군집 NGC 6397의 주계열 및 진화한 주계열 별에서 리튬 농도를 분석한다. 결과적으로 진화한 주계열 별에서 주계열 별보다 약 0.1 dex 높은 리튬 농도를 관측하였으며, 온도가 낮아질수록 리튬 농도가 감소하는 경향을 보였는데, 이는 현재의 별 모델로 설명되지 않는 진화 상태에 따라 달라지는 리튬 감소 현상임을 시사한다.

ABSTRACT

Most Globular Clusters are believed to host a single stellar populations. They can thus be considered a good place to study the Spite plateau and probe for possible evolutionary modifications of the Li content. We want to determine the Li content of subgiant (SG) and Main Sequence (MS) stars of the old, metal-poor globular cluster NGC 6397. This work was aimed not only at studying possible Li abundance variations but to investigate the cosmological Li discrepancy. Here, we present FLAMES/GIRAFFE observations of a sample of 84 SG and 79 MS stars in NGC 6397 selected in a narrow range of B-V colour and, therefore, effective temperatures. We determine both Teff and A(Li) using 3D hydrodynamical model atmospheres for all the MS and SG stars of the sample. We find a significant difference in the Li abundance between SG stars and MS stars, the SG stars having an A(Li) higher by almost 0.1 dex on average. We also find a decrease in the A(Li) with decreasing Teff, both in MS and SG stars, albeit with a significantly different slope for the two classes of stars. This suggests that the lithium abundance in these stars is, indeed, altered by some process, which is Teff-dependent. The Li abundance pattern observed in NGC 6397 is different from what is found among field stars, casting some doubt on the use of Globular Cluster stars as representative of Population II with respect to the Li abundance. None of the available theories of Li depletion appears to satisfactorily describe our observations.

연구 동기 및 목표

• 금속성 낮은 군집 NGC 6397의 주계열 및 진화한 주계열 별에서 리튬 농도를 측정한다.
• 이전에 갈등하는 결과들이 제기한 바와 같이 리튬 농도가 진화 상태에 따라 변하는지 조사한다.
• 스피트 플랫폼이 초기 리튬의 대체 지표로 타당한지 확인하기 위해 군집 별에서 리튬 행동을 검토한다.
• 오래되고 금속성 낮은 별에서 리튬 감소에 영향을 주는 별 진화 및 내부 과정의 영향을 평가한다.
• 리튬 감소 이론이 인구 II 별에 대해 현재의 이론과 일치하는지 평가한다.

제안 방법

• 주계열 및 진화한 주계열 별 84개와 79개에 대해 좁은 B-V 색상 범위를 갖는 고해상도 FLAMES/GIRAFFE 스펙트럼을 확보하여 온도 분산을 최소화한다.
• 1차원 및 3차원 유체역학적 모델 대기구조를 사용하여 유효 온도를 결정하고, Hα 선형형 적합을 통해 검증한다.
• 670.8 nm 이중선에서 리튬 등가폭을 측정하고, 3차원 모델 대기구조를 사용하여 리튬 농도(A(Li))를 유도한다.
• 적외선 복사율 방법(IRFM) 색상 온도와 이전 연구 결과를 비교하여 온도 척도 의존성 평가.
• 측정 차이에 대한 결과의 탄력성 평가를 위해 Lind 등(2009)의 보조 등가폭을 사용하여 데이터를 재분석한다.
• 이론적 등수선을 사용하여 원자 확산, 난류 혼합, 내부 중력파가 리튬 감소에 미치는 영향을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 6397에서 주계열과 진화한 주계열 별 사이에서 리튬 농도가 진화 상태에 따라 체계적으로 변하는가?
• RQ2 NGC 6397의 주계열 및 진화한 주계열 별에서 유효 온도가 증가함에 따라 리튬 농도는 어떻게 변화하는가?
• RQ3 관측된 리튬 농도 패턴은 현재 인구 II 별의 리튬 감소 모델과 일치하는가?
• RQ4 유효 온도 척도의 차이가 리튬 농도 경향 해석에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ5 NGC 6397에서 관측된 리튬 행동은 표준 별 진화 과정으로 설명될 수 있는가, 아니면 새로운 물리학이 필요한가?

주요 결과

• NGC 6397의 진화한 주계열 별은 주계열 별보다 평균적으로 0.1 dex 더 높은 리튬 농도를 보인다.
• 주계열 및 진화한 주계열 별 모두에서 유효 온도가 낮아질수록 리튬 농도가 감소하지만, 진화한 주계열 별에서 감소율이 현저히 더 빠르다.
• 관측된 리튬 농도 패턴은 현행 헬리오스피어 별에서 관측된 패턴과 다름을 보이며, 이는 군집 별이 리튬 함량 측면에서 인구 II를 대표하지 못할 수 있음을 시사한다.
• 이전 연구들(Korn 등 2006, 2007; Lind 등 2009)과의 리튬 농도 경향 차이의 주요 원인은 유효 온도 척도의 차이에 기인한다.
• Lind 등(2009)의 등가폭과 우리의 온도 척도를 사용한 재분석 결과 동일한 주요 결론이 확인되어 측정 차이에 대한 탄력성이 있음을 시사한다.
• 관측된 행동은 원자 확산, 난류 혼합, 또는 내부 중력파를 포함한 현재 리튬 감소 모델로 설명될 수 없으며, 새로운 이론적 발전이 필요함을 시사한다.