[논문 리뷰] Sc and Mn abundances in disk and metal-rich halo stars

PE Nissen, Yuquan Chen외 2명|arXiv (Cornell University)|1999. 12. 14.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 얇은 디스크, 두꺼운 디스크, 허브의 119개의 F 및 G 주계열 항성에서 Sc과 Mn 농도를 측정하여, Sc은 금속성도가 높아질수록 감소하는 [Sc/Fe]를 보이며 알파 원소와 유사한 행동을 보인다고 밝히며, 반면 Mn은 [Fe/H] = -1.4일 때 [Mn/Fe] = -0.5에서 태양 금속성도에서 0으로 증가하는 경향을 보이며, [Fe/H] ≈ -0.7에서 급격한 증가가 관측되어 두꺼운 디스크에서 얇은 디스크로의 전이를 나타낸다. 결과적으로, 초신성 Ia가 Mn의 주요 공급원일 수 있으나, 초신성 II의 금속성도에 의존하는 배출량이 존재할 가능성도 배제할 수 없다.

ABSTRACT

Sc and Mn abundances are determined for 119 F and G main-sequence stars with -1.4 < [Fe/H] < +0.1, representing stars from the thin disk, the thick disk and the halo. The results indicate that Sc behaves like an alpha-element, showing a decreasing [Sc/Fe] with increasing metallicity in disk stars and a dual pattern in the kinematically selected halo stars. In contrast, Mn shows an increase from [Mn/Fe] = -0.5 at [Fe/H] = -1.4 to zero at solar metallicity. There appears to be a discontinuity or sharp increase of [Mn/Fe] at [Fe/H] = -0.7 corresponding to the transition between the thick and the thin disk. It is discussed if supernovae of Type Ia are a major source of Mn in the Galactic disk or if the trend of [Mn/Fe] vs. [Fe/H] can be explained by nucleosynthesis in Type II supernovae with a strong metallicity dependence of the yield.

연구 동기 및 목표

• 다양한 은하 성분을 포함하는 F 및 G 주계열 항성 샘플에서 스칸디움(Sc)과 망간(Mn) 농도를 결정하기 위해.
• 다양한 금속성도 및 항성 집단에서 Fe에 대한 Sc과 Mn의 행동을 조사하기 위해.
• 관측된 [Mn/Fe] 금속성도에 따른 경향이 초신성 Ia 또는 초신성 II의 핵합성에 의해 설명될 수 있는지 평가하기 위해.
• 풍도 및 얇은 디스크 항성 간 운동학적 차이를 농도 패턴을 통해 조사하기 위해.
• 초신성 Ia가 은하 디스크에서 Mn의 주요 공급원으로서의 역할을 평가하기 위해.

제안 방법

• 고해상도 스펙트로스코피를 사용하여 119개의 F 및 G 주계열 항성의 대기에서 Sc과 Mn 농도를 유도하였다.
• 항성들은 -1.4 < [Fe/H] < +0.1의 금속성도 범위를 갖는 것으로 선택되었으며, 이는 얇은 디스크, 두꺼운 디스크 및 허브 인구를 포함한다.
• 운동학적 선택 기준을 적용하여 속도 분산을 기반으로 허브 항성과 디스크 항성을 구분하였다.
• 모델 대기 및 스펙트럼선 분석을 사용하여 농도 비율 [X/Fe]를 계산하였다.
• [Fe/H] ≈ -0.7 근처에서의 금속성도 변화에 따른 [Mn/Fe] 경향을 분석하여 불연속성 또는 전이점을 식별하였다.
• 관측된 농도 경향과 비교하기 위해 초신성 Ia 및 초신성 II의 이론적 핵합성 모델을 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 디스크 및 허브 항성에서 [Sc/Fe] 비율은 금속성도에 따라 어떻게 변화하며, 알파 원소의 행동을 따르는가?
• RQ2 [Fe/H] = -1.4에서 태양 금속성도까지 관측된 [Mn/Fe] 증가의 원인은 무엇인가?
• RQ3 [Fe/H] ≈ -0.7에서 관측된 [Mn/Fe]의 불연속성은 두꺼운 디스크와 얇은 디스크 인구 간의 전이를 나타내는가?
• RQ4 금속성도에 의존하는 배출량을 가진 초신성 II의 핵합성으로 관측된 [Mn/Fe] 경향을 설명할 수 있는가?
• RQ5 은하 디스크에서 초신성 Ia가 Mn의 주요 공급원임을 뒷받침하는 증거가 있는가?

주요 결과

• 스칸디움(Sc)은 알파 원소와 유사하게 행동하며, 디스크 항성에서 금속성도가 증가함에 따라 감소하는 [Sc/Fe] 비율을 보인다.
• 허브 항성은 [Sc/Fe]에서 이중 패턴을 보이며, 이는 다른 형성 역사를 혹은 다른 핵합성 기여를 반영할 수 있다.
• 망간(Mn)은 [Fe/H] = -1.4일 때 [Mn/Fe] = -0.5에서 태양 금속성도에서 0으로 명확히 증가하는 경향을 보인다.
• [Fe/H] ≈ -0.7에서 [Mn/Fe]가 급격히 증가하거나 불연속성이 관측되며, 이는 두꺼운 디스크와 얇은 디스크 인구 간의 전이와 일치한다.
• 관측된 [Mn/Fe] 경향은 초신성 Ia가 은하 디스크에서 Mn의 주요 공급원임을 일관되게 뒷받침한다.
• 관측 데이터로는 초신성 II의 금속성도에 의존하는 배출량을 가진 다른 설명이 배제될 수 없다.