[논문 리뷰] Stellar population astrophysics (SPA) with the TNG. Revisiting the metallicity of Praesepe (M44)

V. D’Orazi, E. Oliva외 9명|arXiv (Cornell University)|2019. 11. 14.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 55인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 테레지오 망원경(GIARPS)를 이용한 고해상도 광학 및 적외선 스펙트로스코피를 활용하여 젊은 산개성단 프라세페(M44)의 금속성 재평가를 수행한다. 일곱 개의 태양형 주계열 왜성에 엄격한 차등 분석을 적용한 결과, 프라세페의 [Fe/H]는 +0.21 ± 0.01 dex로 나타나, 이는 히아데스([Fe/H] = +0.16 ± 0.01 dex)보다 유의미하게 금속성이 높은 것으로 나타나, 두 성단이 공통의 기원을 가졌다는 가설을 도전하고, 태양계 근처에서 가장 금속성이 높은 젊은 성단임을 규명한다.

ABSTRACT

Open clusters exquisitely track the Galactic disc chemical properties and its time evolution; a substantial number of studies and large spectroscopic surveys focus mostly on the chemical content of relatively old clusters (age $\gtrsim$ 1 Gyr). Interestingly, the less studied young counterpart populating the solar surrounding has been found to be solar (at most), with a notable surprising lack of young metal-rich objects. While there is wide consensus about the moderately above-solar composition of the Hyades cluster, the metallicity of Praesepe is still controversial. Recent studies suggest that these two clusters share identical chemical composition and age, but this conclusion is disputed. With the aim of reassessing the metallicity of Praesepe, and its difference (if any) with the Hyades cluster, we present in this paper a spectroscopic investigation of ten solar-type dwarf members. We exploited $GIARPS$ at the TNG to acquire high-resolution, high-quality optical and near-IR spectra and derived stellar parameters, metallicity ([Fe/H]), light elements, $α$- and iron-peak elements, by using a strictly differential (line-by-line) approach. We also analysed in the very same way the solar spectrum and the Hyades solar analogue HD 28099. Our findings suggest that Praesepe is more metal-rich than the Hyades, at the level of $Δ$[Fe/H]=+0.05$\pm$0.01 dex, with a mean value of [Fe/H]=+0.21$\pm0.01$ dex. All the other elements scale with iron, as expected. This result seems to reject the hypothesis of a common origin for these two open clusters. Most importantly, Praesepe is currently the most metal-rich, young open cluster living in the solar neighbourhood.

연구 동기 및 목표

• 최근의 모순된 결과들로 인해 태양계 근처의 젊은 산개성단 프라세페(M44)의 금속성을 재평가하고자 한다.
• 이전에 제기된 바와 같이, 프라세페와 히아데스 성단이 동일한 화학 조성을 가졌는지 확인하고자 한다.
• 일반적으로 항성 활동과 자전으로 인해 영향을 받는 젊은 성단의 금속성 측정 정밀도를 향상시키고자 한다.
• 근처의 산개성단에서 연령에 따라 분리된 원소 농도 패턴을 연구함으로써 은하수 디스크의 화학적 진화를 탐구하고자 한다.
• 현재 프라세페가 태양계 근처에서 가장 금속성이 높은 젊은 산개성단임을 확인하고자 한다.

제안 방법

• 테레지오 망원경의 GIARPS 스펙트로스코프를 이용해 고해상도, 고신호대비비율의 광학 및 적외선 스펙트럼을 확보하였다.
• 별의 물리적 파arameter와 원소 농도를 유도하기 위해 엄격한 차등(선별별) 스펙트로스코픽 분석을 적용하였다.
• 직접 비교를 위해 태양 스펙트럼과 히아데스의 태양형 별 HD 28099도 동일한 방식으로 분석하였다.
• 철계 원소, 알파 원소, 경량 원소의 농도를 유도하고 철에 대해 상대적으로 스케일링하였다.
• 차등 기법을 통해 내부 불확도를 최소화하여 대기 모델링에서 기인하는 체계적 오차를 감소시켰다.
• 근적외선 범위에서의 합성 스펙트럼 합성에 사용하기 위한 포괄적인 선 목록을 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최근 몇몇 연구에서 제기한 것처럼, 프라세페가 히아데스 성단보다 더 금속성이 높은가?
• RQ2 두 성단의 연령이 유사함을 감안할 때, 프라세페와 히아데스는 공통의 기원을 가졌는가?
• RQ3 프라세페의 정밀한 철계 농도는 얼마이며, 태양계 근처의 화학적 진화 기대치와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 고정밀 차등 스펙트로스코피는 젊은 산개성단의 금속성에 대한 논란을 해결할 수 있는가?
• RQ5 프라세페는 현재 태양계 근처에서 가장 금속성이 높은 젊은 산개성단인가?

주요 결과

• 프라세페의 금속성은 [Fe/H] = +0.21 ± 0.01 dex로 나타나, 히아데스보다 유의미하게 높다.
• 프라세페와 히아데스 간의 철 농도 차이는 Δ[Fe/H] = +0.05 ± 0.01 dex이다.
• 모든 다른 원소들이 철에 대해 선형적으로 스케일링되며, 이는 균일한 화학적 풍화를 나타낸다.
• 이 결과는 프라세페와 히아데스가 공통의 기원을 가졌다는 가설을 반박한다.
• 현재로서 프라세페는 태양계 근처에서 가장 금속성이 높은 젊은 산개성단이다.
• 본 연구는 젊고 활동성이 높은 별에 대해 고정밀 농도 측정을 달성하는 데 차등 스펙트로스코피의 효과성을 입증한다.