[논문 리뷰] Observations of the Hot Horizontal-Branch Stars in the Metal-Rich Bulge Globular Cluster NGC 6388 - Indications of Helium Enrichment and a Lesson in Crowded Field Spectroscopy

S. Moehler, A. V. Sweigart|ArXiv.org|2006. 06. 02.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 30인용 수 25

한 줄 요약

이 연구는 중성자-rich 밀도가 높은 우주선 별개 NGC 6388의 뜨거운 수평가닥(HB) 별들을 중해상 해상도 VLT 분광법을 사용하여 분석하여 헬륨 농축 시나리오를 검증한다. 냉각된 파란 꼬리 별들(Teff ≈ 10,000 K)은 표면 중력도와 질량이 기존 모델과 헬륨 오염과 일치하는 반면, 뜨거운 파란 꼬리 별들(Teff ≥ 12,000 K)은 이질적으로 낮은 중력도와 질량을 보이며, 이는 혼잡한 현장 분광법에서 잔류 배경 오염으로 인한 것으로 보이며, 이러한 시스템에 대한 지상 기반 분석의 주요 과제를 드러낸다.

ABSTRACT

(abridged) The metal-rich bulge globular cluster NGC6388 shows a distinct blue horizontal-branch tail with a strong upward tilt in its colour-magnitude diagram. Several noncanonical scenarios have been proposed to explain these puzzling observations. In order to test the predictions of these scenarios, we have obtained medium resolution spectra to determine the atmospheric parameters of a sample of the blue HB stars in NGC 6388. Using the medium resolution spectra, we determine effective temperatures, surface gravities and helium abundances by fitting the observed Balmer and helium lines with appropriate theoretical stellar spectra. As we know the distance to the cluster, we can verify our results by determining masses for the stars. During the data reduction we took special care in subtracting the background, which is dominated by the overlapping spectra of cool stars. The physical parameters of the blue HB stars near 10,000 K support the helium pollution scenario. The low gravities and masses found for the hot blue tail stars, however, are probably caused by problems with the data reduction, most likely due to remaining background light in the spectra, which would affect the fainter hot blue tail stars much more strongly than the brighter cool blue tail stars. Our study of the hot blue tail stars in NGC 6388 illustrates the obstacles which are encountered when attempting to determine the atmospheric parameters of hot HB stars in very crowded fields using ground-based observations. We discuss these obstacles and offer possible solutions for future projects.

연구 동기 및 목표

• 금속 농도가 높은 별개 NGC 6388에서 상승 기울기를 띤 파란 수평가닥(HB)을 설명하기 위한 헬륨 오염 시나리오를 검증하기 위해.
• 중해상 해상도 분광법을 사용하여 뜨거운 HB 별의 대기 파rameters(Teff, log g, Y)를 결정하여 이론 모델과의 일치성을 평가하기 위해.
• 관측된 HB 형태—특히 더 파랗고 밝은 별들—이 비표준 진화 과정으로 설명될 수 있는지 조사하기 위해.
• 특히 배경 오염 효과를 포함한 혼잡한 현장에서의 뜨거운 별 분광 분석의 체계적 오류를 특정하고 해결하기 위해.
• 밀도가 높은 별 환경에서 흐린 뜨거운 HB 별의 물리적 파rameters를 측정하기 위한 지상 기반 분광법의 신뢰성 평가하기 위해.

제안 방법

• Paranal 관측소에 위치한 VLT를 사용하여 NGC 6388의 15개 뜨거운 HB 별에 대해 중해상 해상도 분광법(R ≈ 10,000)을 확보함(제안 번호 69.D-0231(A)).
• 목표 별 빛을 분리하기 위해 더 차가운 근접 별들로부터의 겹치는 스펙트럼을 모델링하고 제거함으로써 철저한 배경 제거를 수행함.
• 다양한 효율 온도, 표면 중력도, 헬륨 농도를 가진 이론적 별 대기 모델을 사용하여 관측된 발머선 및 헬륨 선 프로파일을 피팅함.
• 알려진 NGC 6388의 거리와 함께 등기수렴 기반 진화 궤적을 사용하여 유도된 Teff와 log g에서 질량을 계산함.
• 다양한 헬륨 농도(Y = 0.43)에 대해 ZAHB 및 ZAHB 이후 진화 모델 예측과 관측된 대기 파rameters를 비교함.
• 금속 농도가 높은 모델 대기에서 복사력 상승 효과가 농도 분포에 미치는 영향을 평가하였지만, 비율-태양 농도가 가정됨.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 6388의 냉각된 파란 꼬리 별들(Teff ≈ 10,000 K)의 대기 파rameters는 상승 기울기를 띤 파란 수평가닥을 설명하기 위한 헬륨 오염 시나리오를 지지하는가?
• RQ2 왜 뜨거운 파란 꼬리 별들(Teff ≥ 12,000 K)은 기존 모델 예측보다 현저히 낮은 표면 중력도와 질량을 보이는가?
• RQ3 혼잡한 현장에서 잔류 배경 빛과 스펙트럼 오염이 흐린 뜨거운 HB 별의 분광 파rameters 결정 정확도에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ4 뜨거운 HB 별에서 관측된 표면 중력도와 질량의 괴리 현상은 복사력 상승 또는 비-태양 농도 분포와 같은 물리적 과정으로 설명될 수 있는가?
• RQ5 밀도가 높은 별개인 NGC 6388에서 뜨거운 HB 별을 연구하기 위한 지상 기반 분광법의 한계는 무엇이며, 어떤 대체 관측 전략이 필요한가?

주요 결과

• 냉각된 파란 꼬리 별들(Teff ≈ 10,000 K)은 표면 중력도와 질량이 기존 모델과 이론적 예측과 일치하여 헬륨 오염 시나리오를 지지한다.
• 냉각된 파란 꼬리 별들의 평균 질량은 이론적 기대와 잘 일치하여 그들의 진화 상태와 관측된 HB 형태와의 일관성을 확인한다.
• 뜨거운 파란 꼬리 별들(Teff ≥ 12,000 K)은 어떤 이론 모델로도 재현할 수 없을 정도로 현저히 낮은 표면 중력도를 보이며, 데이터 처리의 체계적 오류 가능성을 시사한다.
• 이 뜨거운 별들 역시 이론적 예측보다 약 두 배 정도 낮은 질량을 가지며, 추가로 측정 오류의 가능성을 강화한다.
• 이 괴리 현상은 주로 스펙트럼에 잔류하는 배경 빛으로 인한 것으로 보이며, 더 흐린 뜨거운 별들에 비해 더 밝은 냉각 별들보다 더 강하게 영향을 미친다.
• 이 연구는 현재 혼잡한 현장에서의 지상 기반 분광법로는 뜨거운 HB 별의 대기 파rameters를 신뢰성 있게 결정할 수 없으며, 더 높은 공간 해상도 또는 자외선 광도 측정이 필요하다고 결론내린다.