[논문 리뷰] Multiple stellar populations in Magellanic Clouds clusters. I. An ordinary feature for intermediate age globulars in the LMC?

A. P. Milone, L. R. Bedin외 2명|ArXiv.org|2008. 10. 14.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 2인용 수 165

한 줄 요약

이 연구는 16개의 중간 연령 LMC 산란성 군집에 대한 허블 우주망원경 ACS 광도측정 자료를 사용하여, 이중 또는 넓어진 주계열 전환점으로 나타나는 다중 항성 집단이 흔히 존재하며, 약 70%의 군집에서 150–250 Myr 동안 지속되거나 번갈아가며 일어난 별 형성의 흔적이 확인됨을 보여줌. 이러한 결과는 다중 항성 집단이 군집 환경 내에서 자기 풍부화에 의해 형성된다는 중간 질량 AGB 오염 시나리오를 지지함.

ABSTRACT

The discovery of multiple MSs in NGC2808 and Omega Centauri, and multiple SGBs in NGC1851 and NGC6388 has challenged the long-held paradigm that GCs consist of simple stellar populations. This picture has been further complicated by recent studies of the LMC intermediate-age clusters, where the MSTO was found to be bimodal or broadened. We have undertaken a study of archival HST images of LMC and SMC clusters with the aim of measuring the frequency of clusters with evidence of multiple or prolonged star formation events and determining their main properties. In this paper, we analyse the CMD of 16 intermediate-age LMC clusters. We find that 11 clusters show an anomalous spread (or split) in color and magnitude around the MSTO. We demonstrate that the observed feature is unequivocally associated to the clusters and that it is not an artifact due to photometric errors, differential reddening or binaries. We confirm that NGC 1806 and NGC 1846 clearly exhibit two distinct MSTOs and observe, for the first time, a double MSTO in NGC 1751. In these three clusters the population corresponding to the brighter MSTO includes more than two-thirds of cluster stellar population. We confirm the presence of multiple stellar populations in NGC 1783 and suggest that the MSTO of this cluster is formed by two distinct branches. In 7 clusters (ESO057-SC075, HODGE7, NGC1852, NGC1917, NGC1987, NGC2108, and NGC2154) we observed an intrinsic broadening of the MSTO that may suggest that these clusters have experienced a prolonged period of star formation (150-250 Myr). The CMDs of IC2146, NGC1644, NGC1652, NGC1795 and NGC1978 show no evidence of spread or bimodality. In summary 70$\pm$25% of our sample are not consistent with the simple, single stellar population hypotesis.

연구 동기 및 목표

• 고정밀 허블 우주망원경 광도측정 자료를 활용하여 중간 연령 LMC 군집에서 다중 항성 집단의 빈도를 조사하는 것.
• 관측된 주계열 전환점(MSTO) 특징이 다중 별 형성 사건의 결과인지, 또는 관측 오차의 산물인지 판단하는 것.
• 이중 또는 넓어진 MSTO와 같은 색도-등급도(CMD) 이상 현상이 군집 고유의 특성인지, 차등적 적색화, 광도측정 오차, 또는 이중성의 영향이 아닌지 평가하는 것.
• 다중 항성 집단을 보여주는 군집, 특히 NGC 1806, NGC 1846, 그리고 NGC 1751에서 연령 분포와 집단 비율을 정량화하는 것.
• 관측된 연령 분포가 다중 항성 집단 형성에 대한 중간 질량 AGB 오염 시나리오와 일치하는지 검증하는 것.

제안 방법

• 53개의 맥클라렌 구름 군집에 대한 기록된 허블 우주망원경 ACS 이미지 분석을 통해, 연령 및 데이터 품질 기준에 따라 16개를 세부 연구 대상으로 선정.
• Anderson 등(2008)의 감도 보정 방법을 사용한 광도측정을 수행하였으며, 필요한 경우 차등적 적색화 보정을 실시.
• 인공별 실험을 통해 관측된 MSTO 분포가 광도측정 오차나 이중성의 영향으로 인한 것이 아님을 확인.
• BaSTI 이소클론과 관측된 CMD를 비교하여 거리 모듈러스, 적색화, 금속성, 연령 등을 최적의 피팅 파rameter로 유도.
• 더 밝은 부분과 더 어두운 부분에 각각 두 개의 별개의 이소클론을 피팅하여 이중 MSTO 특징을 식별하고, 이들의 연령 차이를 측정.
• 각 군집 주변의 현장별 CMD를 사용하여 MSTO 이상 현상이 군집 고유의 특성임을 확인하고, 배경 또는 전경 오염의 영향이 아님을 검증.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 주계열 전환점의 이상 현상으로 나타나는 다중 항성 집단은 중간 연령 LMC 군집에서 흔한가?
• RQ2 관측된 이중 또는 넓어진 MSTO 특징은 다중 별 형성 사건의 결과인지, 또는 광도측정 오차나 적색화의 산물인가?
• RQ3 관측된 연령 분포에서 유추되는 별 형성 이벤트의 평균 지속 기간은 얼마인가?
• RQ4 이중 MSTO를 보이는 군집에서 두 집단의 상대적 비율은 어떻게 되며, 이는 AGB 오염 모델의 예측과 일치하는가?
• RQ5 관측된 150–250 Myr의 연령 분포가 여러 군집에서 일관되게 나타나는가? 이는 공통된 형성 메커니즘을 시사하는가?

주요 결과

• 16개의 중간 연령 LMC 군집 중 11개(70 ± 25%)에서 주계열 전환점(MSTO) 영역의 이상 현상으로 인해 다중 항성 집단의 흔적이 확인됨.
• NGC 1806, NGC 1846, 그리고 NGC 1751은 두 개의 구분되는 MSTO를 보이며, 최소한 200–250 Myr 간격으로 분리된 두 개의 주요 별 형성 이벤트를 시사함.
• 이중 MSTO를 보이는 세 군집 전반에서 더 밝고 더 어린 집단이 전체 항성 집단의 2/3 이상을 차지하며, 중간 질량 AGB 오염 시나리오와 일치함.
• NGC 1783의 MSTO는 두 개의 매우 가까이 떨어져 있는 분리되지 않은 가지를 강하게 암시하며, M08의 광도측정 자료에서 다중 항성 집단의 존재를 지지함.
• ESO057-SC075, HODGE7, NGC 1852, NGC 1917, NGC 1987, NGC 2108, NGC 2154 등 7개 군집은 넓어진 MSTO를 보이며, 150–250 Myr 동안 지속된 연속적인 별 형성 이벤트를 시사함.
• 인공별 실험 결과, 관측된 MSTO 분포가 광도측정 오차나 이중성의 영향으로 인한 것이 아니며, 현장별 CMD 분석을 통해 이상 현상이 군집 고유의 특성임을 확인하고, 차등적 적색화나 배경 오염의 영향이 아님을 검증함.