[논문 리뷰] Searching for chemical inhomogeneities in Open Clusters: Analysis of the CN and CH Molecular Band Strengths in NGC 2158, NGC 2420, NGC 2682, NGC 7789 and Berkeley 29

R. Carrera, C. E. Martínez-Vázquez|arXiv (Cornell University)|2013. 08. 21.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 106인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 저해상도 SDSS/SEGUE 스펙트럼을 사용하여 다섯 개인 산개성단의 주계열 및 빨간 클럽 항성에서 CN 및 CH 분자의 밴드 강도를 분석하여 다중 별 인구와 관련된 화학적 비균일성을 탐지한다. 네 개의 성단(NCG 2158, NGC 2420, NGC 2682, Berkeley 29)에서는 별 간의 CN 및 CH 밴드 강도에 유의미한 변동이 없음을 발견하였지만, NGC 7789에서는 약간의 이례적인 CN 밴드 확산이 관측되어 다중 별 인구를 보유할 수 있는 현재 질량 기준선 약 10⁴ M⊙를 제시한다.

ABSTRACT

Context: The total mass of a cluster, being the main parameter determining its ability to host more than one stellar generation, may constitute a threshold below which the cluster is able to form only a single stellar population. AIms: Our goal is to investigate the existence of star-to-star variations of CN and CH band strengths, related to the N and C abundances, respectively, among the stars in five open cluster (NGC 2158, NGC 2420, NGC 2682, NGC 7789 and Berkeley 29) similar to those observed in globular clusters and linked with the existence of multiple populations therein. Since these systems are less massive than globulars, our results may allow us to constrain the lower mass necessary to form more than one stellar population. Methods: We measured the strength of the CN and CH bands, which correlate with the C and N abundances, using four molecular indices in low-resolution SDSS/SEGUE spectra. Results: We found that for four of the open clusters (NGC 2158, NGC 2420, NGC 2682 and Berkeley 29) all the stars studied in each of them have similar CN and CH band strengths within the uncertainties since neither anomalous spreads nor bimodalities have been detected in their CN and CH distributions. In contrast, for NGC 7789 we found an anomalous spread in the strength of the CN molecular band at 3839 Åwhich is larger than the uncertainties. However, the small number of stars studied in this cluster implies that further analysis is needed to confirm the existence of chemical inhomogeneities in this cluster.

연구 동기 및 목표

• 다섯 개인 산개성단의 별들 사이에서 질소 및 탄소 농도의 지표로 사용되는 CN 및 CH 분자의 밴드 강도에 별 간 변동이 존재하는지 조사하기 위해.
• 기본적으로 구형성단 질량 이하인 산개성단이 화학 농도 비정상성에 의해 유도된 다중 별 인구를 보유할 수 있는지 테스트하기 위해.
• 성단이 농축된 물질을 유지하고 후속 별 세대를 형성하기 위해 필요한 최소한의 현재 질량을 제약하기 위해.
• 작은 표본 크기에도 불구하고 NGC 7789에서 관측된 화학적 비균일성이 통계적으로 유의미한지 평가하기 위해.

제안 방법

• 저해상도 스펙트럼 인덱스 네 가지를 사용하여 분석: CN(3839 Å, 4142 Å), CH(4300 Å), SDSS/SEGUE 저해상도 스펙트럼(R ~ 2000)에서 분자 밴드 강도를 측정하였다.
• 스펙트럼 창과 정규화 기법을 적용하여 연속체 배치 및 노이즈를 고려한 밴드 강도를 정량화하였다.
• 일반화된 히스토그램과 가우시안 피팅을 사용하여 밴드 강도 분포의 형태를 평가하고, 단일 피크 또는 이중 피크 특징을 식별하였다.
• 관측된 분포를 기대되는 측정 불확실성과 비교하여 확산이 측정 노이즈를 초과하는지 평가하였다.
• 초기 별들이 가스를 오염시켜 후속 별 형성을 유도하는 자가풍화 시나리오의 맥락에서 결과를 평가하였다.
• SDSS-III 및 WEBDA 데이터베이스를 활용하여 결과를 질량-연령-금속성 프레임워크에 통합하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 10⁵ M⊙ 이하의 질량을 가진 산개성단에서 CN 및 CH 분자의 밴드 강도에 별 간 변동이 존재하는가? 이는 화학적 비균일성을 시사한다.
• RQ2 NGC 7789에서 관측된 CN 밴드 강도의 확산은 측정 불확실성 이외의 영향을 받는가?
• RQ3 화학 농도 패atters를 기반으로 별 인구를 형성할 수 있는 성단이 가져야 할 최소한의 현재 질량 기준선은 얼마인가?
• RQ4 저질량 산개성단의 결과는 마젠크랑드 성단의 더 무거운 구형성단 및 중간 연령 성단과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 산개성단에서 관측된 CN 및 CH 밴드 강도 분포는 기하학적 적으로나 다른 관측적 요인에 의해 설명될 수 있는가, 아니면 진정으로 내재된 화학적 변동인가?

주요 결과

• NGC 2158, NGC 2420, NGC 2682, Berkeley 29의 경우, CN 및 CH 밴드 강도 분포는 단일 피크를 보이며, 측정 불확실성과 일치하는 폭을 가진 단일 가우시안으로 잘 맞추어져 있어 탄소와 질소 농도가 균일함을 시사한다.
• 이 네 성단의 CN 및 CH 밴드 강도 분포에서 유의미한 이중 피크 또는 이례적인 확산은 발견되지 않았다.
• NGC 7789에서는 3839 Å에서 CN 밴드 강도의 확산이 관측되었으며, 이는 기대되는 불확실성 범위를 초과하여 화학적 비균일성을 시사한다.
• NGC 7789의 관측된 CN 확산은 측정 불확실성으로서 완전히 해결되지 않지만, 작은 표본 크기로 인해 통계적 신뢰도가 제한되어 향후 추가 연구가 필요하다.
• 결과는 성단이 농축된 물질을 유지하고 다중 별 인구를 형성할 수 있는 현재 질량 기준선 약 10⁴ M⊙를 제안한다.
• 이러한 결과는 이 기준선 이하의 성단, 예를 들어 Palomar 12와 Terzan 7는 다중 인구를 보유하지 못할 수 있음을 지지하지만, NGC 7789는 마젠크랑드 성단에서 다중 시퀀스를 보이는 성단과 유사한 질량과 연령을 가진 가능성을 보여주는 예외적인 사례로 제기된다.