[논문 리뷰] Observing multiple stellar populations with FORS2@VLT - Main sequence photometry in outer regions of NGC 6752, NGC 6397, and NGC 6121 (M 4)

D. Nardiello, A. P. Milone외 4명|arXiv (Cornell University)|2014. 10. 28.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 68인용 수 38

한 줄 요약

이 연구는 지상 기반 FORS2/VLT $UBVI$ 광도측정을 통해 NGC 6752 및 NGC 6121의 외곽부에서 이중성 주계열(MS)을 탐지하고, $B$ 대 $U-B$ 및 $V$ 대 $c_{U,B,I}$ 색-등급도를 통해 다중 항성 인구를 확인한다. 빨간색 대 비해 파란 주계열의 비율에 대한 반경 방향 변화는 관측되지 않았으며, 인구 간 헬륨 농도의 차이 $ olimits \Delta Y \sim 0.02$ 를 추정하여 두 번째 세대 항성에서 헬륨이 풍부해졌음을 지지한다.

ABSTRACT

We present the photometric analysis of the external regions of three Galactic Globular Clusters: NGC 6121, NGC 6397 and NGC 6752. The main goal is the characterization of the multiple stellar populations along the main sequence (MS) and the study of the radial trend of the different populations hosted by the target clusters. The data have been collected using FORS2 mounted at the ESO/VLT@UT1 telescope in UBVI filters. From these data sets we extracted high-accuracy photometry and constructed color-magnitude diagrams. We exploit appropriate combination of colors and magnitudes which are powerful tools to identify multiple stellar populations, like B versus U-B and V versus c_{U,B,I}=(U-B)-(B-I) CMDs. We confirm previous findings of a split MS in NGC 6752 and NGC 6121. Apart from the extreme case of omega Centauri, this is the first detection of multiple MS from ground-based photometry. For NGC 6752 and NGC 6121 we compare the number ratio of the blue MS to the red MS in the cluster outskirts with the fraction of first and second generation stars measured in the central regions. There is no evidence for significant radial trend. The MS of NGC 6397 is consistent with a simple stellar population. We propose that the lack of multiple sequences is due both to observational errors and to the limited sensitivity of U,B,V,I photometry to multiple stellar populations in metal-poor GCs. Finally, we compute the helium abundance for the stellar populations hosted by NGC 6121 and NGC 6752, finding a mild (Delta Y ~ 0.02) difference between stars in the two sequences.

연구 동기 및 목표

• 세 개의 은하수 혜성 구름(NGC 6121, NGC 6397, NGC 6752)의 외곽부에서 다중 항성 인구의 반경 분포를 조사한다.
• 지상 기반 광도측정을 이용해 이들 혜성 구름에서 다중 주계열을 탐지하고 특성화한다.
• 파란 주계열과 빨간 주계열 별의 상대적 비율이 반경에 따라 변화하는지 여부를 평가하여 인구 분리 여부를 시험한다.
• NGC 6121 및 NGC 6752에서 두 주계열 인구 간 헬륨 농도의 차이($\Delta Y$)를 추정한다.

제안 방법

• 파라날 관측소에 위치한 VLT의 FORS2 장치를 이용해 깊은 $UBVI$ 광도측정을 확보한다.
• $B$ 대 $U-B$ 및 $V$ 대 $c_{U,B,I} = (U-B)-(B-I)$ 색 조합을 사용하여 고정밀 색-등급도(CMD)를 구성한다.
• CMD에서 별의 이중성 분포를 분석하여 다중 주계열을 식별한다.
• 반경 범위 $1.2r_h$ 에서 $4.1r_h$ 사이에서 파랑 및 빨간 주계열 별의 반경적 비율을 측정하여 인구 기울기의 여부를 평가한다.
• 색-색 관계 및 이론적 등수선을 이용해 두 주계열 인구 간 헬륨 농도의 차이($\Delta Y$)를 계산한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지상 기반 $UBVI$ 광도측정을 통해 NGC 6752 및 NGC 6121의 외곽부에서 다중 주계열이 탐지 가능한가?
• RQ2 NGC 6752 및 NGC 6121에서 파란 주계열과 빨간 주계열 별의 상대 빈도에 반경 방향 경향성이 있는가?
• RQ3 NGC 6121 및 NGC 6752에서 두 주계열 인구 간 헬륨 농도의 차이($\Delta Y$)는 얼마인가?
• RQ4 다중 인구가 알려진 바 있는 NGC 6397에서는 왜 다중 주계열이 탐지되지 않았는가?

주요 결과

• NGC 6752 및 NGC 6121의 외곽부에서는 $B$ 대 $U-B$ 및 $V$ 대 $c_{U,B,I}$ CMD에서 명확한 이중성 주계열이 관측되어 다중 항성 인구가 확인된다.
• NGC 6752에서는 파란 주계열(MSa)이 총 주계열 별의 약 26%를 차지하며, 빨간 주계열(MSbc)은 74%를 차지한다.
• NGC 6121에서는 덜 흥한 주계열이 약 37%의 주계열 별을 차지하며 첫 번째 세대로 해석되고, 더 풍부한 주계열은 63%를 차지하며 두 번째 세대로 기인된다.
• NGC 6752 및 NGC 6121에서 반경 범위 $1.2r_h < R < 4.1r_h$ 내에서 파랑 및 빨간 주계열 별의 비율에 유의미한 반경 방향 경향성이 관측되지 않는다.
• 두 주계열 인구 간 헬륨 농도의 차이는 NGC 6121에서 $\Delta Y = 0.020 \pm 0.005$, NGC 6752에서는 $\Delta Y \sim 0.02$ 로 측정되어 두 번째 세대 항성이 헬륨으로 풍부해졌다는 데 일관된다.
• NGC 6397에서 다중 주계열이 탐지되지 않은 것은 광도측정 오차와 금속 농도가 낮은 혜성 구름에서 $UBVI$ 광도측정이 다중 인구를 감지하는 데 한계가 있기 때문으로 기인된다.