[논문 리뷰] Na-O Anticorrelation and Horizontal Branches. V. The Na-O anticorrelation in NGC 6441 from Giraffe spectra

R. Gratton, S. Lucatello외 17명|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|2007. 01. 08.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 52인용 수 58

한 줄 요약

이 연구는 금속성 높은 구형별 은하단 NGC 6441의 25개의 적색거성에 대한 FLAMES-Giraffe 스펙트럼을 분석하여 나트륨-산소 반대관계를 조사한다. 연구는 명확한 나트륨-산소 반대관계를 확인하며, 약 25%의 별이 나트륨 농축, 산소 빈도를 가지며, 적색거성가에 있는 [O/Na] 분포와 수평가지의 색 분포 사이에 강한 상관관계를 발견하여 헬륨 농축 별 집단과 파랑 수평가지 형태 간의 연관성을 뒷받침한다.

ABSTRACT

We present an analysis of FLAMES-Giraffe spectra for several bright giants in NGC 6441, to investigate the presence and extent of the Na-O anticorrelation in this anomalous globular cluster. The field of NGC 6441 is very crowded, with severe contamination by foreground (mainly bulge) field stars. Appropriate membership criteria were devised to identify a group of 25 likely cluster members among the about 130 stars observed. Combined with the UVES data obtained with the same observations, high dispersion abundance analyses are now available for a total of 30 stars in NGC 6441, 29 of them having data for both O and Na. The spectra were analyzed by a standard line analysis procedure; care was taken to minimize the impact of the differential interstellar reddening throughout the cluster, and to extract reliable information from crowded, and moderately high S/N (30-70), moderately high resolution (R ~ 23,000) spectra. NGC 6441 is very metal-rich ([Fe/H]=$-0.34\pm 0.02\pm0.04$ dex). There is no clear sign of star-to-star scatter in the Fe-peak elements. The alpha-elements Mg, Si, Ca, and Ti are overabundant by rather large factors, suggesting that the cluster formed from material enriched by massive core collapse SNe. The O-Na anticorrelation is well defined, with about 1/4 of the stars being Na-rich and O-poor. One of the stars is a Ba-rich and moderately C-rich star. The distribution of [Na/O] ratios among RGB stars in NGC 6441 appears similar to the distribution of colors of stars along the horizontal branch. The fraction of Na-poor, O-rich stars found in NGC 6441 agrees well with that of stars on the red horizontal branch of this cluster (in both cases about 80%), with a sloping distribution toward lower values of [O/Na] (among RGB stars and bluer colors (among HB stars).

연구 동기 및 목표

• 금속성 높은 구형별 NGC 6441에서의 나트륨-산소 반대관계 존재 여부 및 범위를 조사하기 위해.
• 관측된 수평가지 형태가 적색거성가 별들의 나트륨 및 산소 농도 분포와 관련이 있는지 확인하기 위해.
• 은하단의 별 집단 내 희귀 별, 예를 들어 바륨 농축 또는 탄소 농축 별을 식별하고 특성화하기 위해.
• 다양한 적색 침식 및 밀도가 높은 영역에서의 별 집단 오염이 농도 측정에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 고해상도 UVES와 중간해상도 Giraffe 데이터를 융합하여 총 30개의 별에 대해 신뢰할 수 있는 농도 측정을 수행하며, 이 중 29개는 산소와 나트륨 농도를 모두 측정함.

제안 방법

• VLT-UT2에서 FLAMES-Giraffe 분광법을 사용하여 NGC 6441의 밀도가 높은 영역에 있는 130개의 별에 대해 중간해상도(R ~ 23,000) 스펙트럼을 확보함.
• 중심부의 별 집단으로 추정되는 별을 최소한도로 줄이기 위해, 적외선 속도 및 광도 기준(2MASS K magnitude 및 (V-K) 색상)을 적용함.
• Giraffe 스펙트럼에 대해 표준 선별 농도 분석을 수행하여, [O I] 6300.3, 6363.8 Å 및 Na I 6154-6160 Å 선을 중심으로 산소 및 나트륨 농도를 유도함.
• 기존의 UVES 고해상도 데이터와 Giraffe 데이터를 융합하여 30개의 별에 대해 일관되고 고정밀한 농도 측정을 수행하였으며, 이 중 29개는 산소와 나트륨 농도를 모두 측정함.
• 정확한 농도 측정을 위해 K-band magnitude와 (V-K) 색상 간의 관계를 이용하여 이방성 간성 침식 보정을 실시함.
• 특히 신호대비잡음비(S/N ~ 30–70)가 중간 수준일 경우 시스템적 오차를 최소화하기 위해 광도로부터 유도된 대기 파rameter를 사용함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 6441에 나트륨-산소 반대관계가 존재하는가? 만약 존재한다면, 나트륨 농축·산소 빈도 별의 비율은 어느 정도인가?
• RQ2 NGC 6441에서 적색거성가 별들의 [O/Na] 비율 분포와 수평가지 별들의 색 분포 사이에 상관관계가 있는가?
• RQ3 NGC 6441의 금속성은 얼마이며, 철계 또는 알파계 원소에 대해 별 간 산란이 있는가?
• RQ4 바륨 농축 또는 탄소 농축 별과 같은 희귀 별이 NGC 6441에 존재하는가? 이러한 별들의 농도 패턴은 그 기원에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ5 NGC 6441에서 관측된 농도 패턴은 대량 중심 붕괴 초신성에 의한 오염으로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• NGC 6441는 [Fe/H] = -0.34 ± 0.02 ± 0.04 dex의 높은 금속성을 가지며, 알려진 구형별 중에서 가장 금속성이 높은 편에 속함.
• 철계 원소에 대해 유의미한 별 간 산란이 관측되지 않아, 이 원소들에 대한 화학적 균일성이 있음을 시사함.
• 마그네슘, 실리콘, calcium, 티타늄 등 알파계 원소들이 대량 중심 붕괴 초신성에 의한 오염과 일치하는 요인만큼 농축되어 있음.
• 나트륨-산소 반대관계는 명확하게 정의되어 있으며, 29개의 별 중 약 25%가 나트륨 농축, 산소 빈도 특성을 보임.
• 적색거성가 별들의 [O/Na] 비율 분포는 주로 산소 농축, 나트륨 빈도 별(~70%)이 지배적이며, 낮은 산소 및 높은 나트륨 농도로 향하는 尾(꼬리)가 존재함.
• 한 별(6007741)은 바륨 농축 및 중간 수준의 탄소 농축 별로, 구형별에서 희귀한 클래스에 속하며, 저질량 AGB 별로부터 질량 이행을 겪은 것으로 보이는 농도 패턴을 보임.