[논문 리뷰] Na-O Anticorrelation and HB. VI. The chemical composition of the peculiar bulge globular cluster NGC 6388

E. Carretta, A. Bragaglia외 8명|CERN Bulletin|2007. 01. 08.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 53인용 수 53

한 줄 요약

이 연구는 특이한 부글 전위 군집인 NGC 6388의 적색 거성에서 처음으로 고해상도 스펙트로스코픽 분석을 수행하여, 내재된 금속성 분포가 없이 균일한 금속성 ([Fe/H] = −0.44 ± 0.01 ± 0.03 dex)을 확인하였고, 강한 Na-O 및 Al-Mg 역상관관계와 함께 α-핵소 및 Eu 농도가 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 다수의 별 집단이 관여하는 복잡한 화학적 풍화 역사를 지지하며, 수소 포획 원소는 중간 질량의 AGB 별에서 생성되었고, 무거운 원소는 핵붕괴 초신성의 방출 물질이 효율적으로 유지된 것으로 나타났다.

ABSTRACT

We present the LTE abundance analysis of high resolution spectra for red giant stars in the peculiar bulge globular cluster NGC 6388. Spectra of seven members were taken using the UVES spectrograph at the ESO VLT2 and the multiobject FLAMES facility. We exclude any intrinsic metallicity spread in this cluster: on average, [Fe/H]=-0.44+/-0.01+/-0.03 dex on the scale of the present series of papers, where the first error bar refers to individual star-to-star errors and the second is systematic, relative to the cluster. Elements involved in H-burning at high temperatures show large spreads, exceeding the estimated errors in the analysis. In particular, the pairs Na and O, Al and Mg are anticorrelated and Na and Al are correlated among the giants in NGC 6388, the typical pattern observed in all galactic globular clusters studied so far. Stars in NGC 6388 shows an excess of alpha-process elements, similar to the one found in the twin bulge cluster NGC 6441. Mn is found underabundant in NGC 6388, in agreement with the average abundance ratio shown by clusters of any metallicity. Abundances of neutron-capture elements are homogeneously distributed within NGC 6388; the [Eu/Fe] ratio stands above the value found in field stars of similar metallicity.

연구 동기 및 목표

• 특이한 부글 전위 군집인 NGC 6388의 적색 거성에서의 세부 화학 조성을 규명하는 것.
• 수소 포획 원소, α-핵소, 철계 원소, 중성자 포획 원소에서 내재된 금속성 분포와 농도 비정상성의 존재를 조사하는 것.
• 금속성 농도가 높고 청색 수평가닥이 연장된 이 부글 전위 군집에서 관측된 농도 패턴의 핵합성 기원을 명확히 하는 것.
• NGC 6388의 화학 패턴을 현장 별들과 다른 군집, 특히 NGC 6441와 비교하여 풍화 메커니즘을 이해하는 것.

제안 방법

• ESO VLT를 이용해 NGC 6388의 일곱 개의 적색 거성에 대해 UVES/FLAMES 고해상도 스펙트로스코피를 확보하였다.
• 스펙트럼에 대해 LTE 화학 분석을 수행하여 O, Na, Al, Mg, α-핵소(산소, Ca, Ti), 철계 원소(Sc, V, Cr, Mn, Co, Ni), 중성자 포획 원소(Y, Zr, Ba, La, Ce, Eu)의 원소 농도를 유도하였다.
• Gratton 등(2003a)의 태양 기준 농도를 사용하여 농도 비율을 校정하였으며, 이전 문헌 값에 대한 보정을 적용하였다.
• 각 별 간의 오차와 군집 평균 대비 체계적 불확실성을 고려한 분석을 수행하였다.
• 풍화 효율성과 핵합성 기여도 평가를 위해 데이터를 현장 별들과 다른 군집과 비교하였다.
• 특히 중간 질량 AGB 별과 대량 별이 화학적 풍화에 기여하는 역할을 고려한 별의 진화 모델의 맥락에서 화학 패턴을 해석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 6388는 내재된 금속성 분포를 보이며,还 그 적색 거성들 사이에서 평균 금속성이 균일한가?
• RQ2 NGC 6388에서 관측된 Na-O 및 Al-Mg 역상관관계의 기원은 무엇이며, 다른 군집과 비교해 볼 때 어떻게 다를까?
• RQ3 NGC 6388에서 관측된 α-핵소와 [Eu/Fe] 비율의 농도는 핵붕괴 초신성의 방출 물질이 효율적으로 유지된 것을 시사하는가?
• RQ4 왜 NGC 6388와 NGC 6441는 높은 금속성에도 불구하고 기울어진 청색 수평가닥을 보이며, 이는 그들의 화학 조성과 어떻게 관련이 있는가?
• RQ5 NGC 6388의 농도 패턴은 자가풍화 시나리오와 대량 별 또는 AGB 별에서 비롯된 외부 풍화 중 어느 쪽에 더 부합하는가?

주요 결과

• 분석한 일곱 개의 적색 거성에서 NGC 6388의 평균 금속성은 [Fe/H] = −0.44 ± 0.01 ± 0.03 dex이며, 내재된 금속성 분포의 증거는 없었다.
• 강한 Na-O 및 Al-Mg 역상관관계가 관측되어, 수소 연소 영역에서의 다수의 별 집단과 다른 수소 포획 처리의 존재를 확인하였다.
• 유사 금속성의 현장 별들과 비교해 볼 때, 군집은 핵붕괴 초신성의 방출 물질을 강화하여 유지한 것으로 나타났다.
• 중성자 포획 원소(Y, Zr, Ba, La, Ce, Eu)는 군집 내에서 균일하게 분포되어 있으며, [Eu/Fe] = +0.29 ± 0.08 dex로 나타나 유사 금속성의 현장 별보다 유의미하게 높았다.
• 높은 [Eu/Y] 비율은 r-과정이 주요 기여를 하였고, s-과정의 영향은 최소한이었음을 시사하여, r-과정이 풍부한 방출 물질이 효율적으로 유지된 것으로 보였다.
• 화학 패턴은 수소 포획 원소의 비정상성이 중간 질량 AGB 별(4–8 M☉)에서 기인한 것으로 나타났고, α-핵소와 r-과정 원소는 주로 대량 별에서 생성되어 효율적으로 유지된 것으로 해석되었다.