[논문 리뷰] Sulphur in the Sculptor dwarf spheroidal galaxy - Including NLTE corrections

Á. Skúladóttir, S. M. Andrievsky외 5명|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|2015. 05. 12.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 35인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 VLT/FLAMES-GIRAFFE 스펙트럼을 사용하여 고리형은하인 스크류포르 소형은하에서 황의 농도를 처음으로 종합적으로 분석한다. 9213, 9228, 9238 Å에서 관측된 S I 삼중선에 비국소열역학평형(NLTE) 보정을 적용하였다. [Fe/H] ≤ −2에서 [S/Fe] ≈ +0.16의 평탄한 경향을 보이며, 은하간 헬로의 α핵종 행동과 일치하며, 더 높은 금속성에서 [S/Fe]는 태양 이하 수준으로 감소하고, [S/Mg] 증가 추세는 Ia형 초신성 기여를 시사한다.

ABSTRACT

In Galactic halo stars, sulphur has been shown to behave like other $α$-elements, but until now, no comprehensive studies have been done on this element in stars of other galaxies. Here, we use high-resolution ESO VLT/FLAMES/GIRAFFE spectra to determine sulphur abundances for 85 stars in the Sculptor dwarf spheroidal galaxy, covering the metallicity range $-2.5\leq ext{[Fe/H]} \leq-0.8$. The abundances are derived from the S~I triplet at 9213, 9228, and 9238~Å. These lines have been shown to be sensitive to departure from local thermodynamic equilibrium, i.e. NLTE effects. Therefore, we present new NLTE corrections for a grid of stellar parameters covering those of the target stars. The NLTE-corrected sulphur abundances in Sculptor show the same behaviour as other $α$-elements in that galaxy (such as Mg, Si, and Ca). At lower metallicities ($ ext{[Fe/H]}\lesssim-2$) the abundances are consistent with a plateau at $ ext{[S/Fe]}\approx+0.16$, similar to what is observed in the Galactic halo, $ ext{[S/Fe]}\approx+0.2$. With increasing [Fe/H], the [S/Fe] ratio declines, reaching negative values at $ ext{[Fe/H]}\gtrsim-1.5$. The sample also shows an increase in [S/Mg] with [Fe/H], most probably because of enrichment from Type Ia supernovae.

연구 동기 및 목표

• 금속 빈도가 낮은 별에서 스크류포르 소형은하의 황 농도를 측정함으로써 초기 은하 화학적 진화를 연구하는 데 핵심적인 장소를 다루기 위해.
• 특히 소형은하에서의 황에 대한 종합적인 연구 부족 문제를 해결하기 위해.
• 9213–9238 Å에서 관측된 S I 선에 대한 비국소열역학평형(NLTE) 효과를 보정하기 위해.
• 은하간 헬로 및 다른 α핵종과의 [S/Fe] 및 [S/Mg] 경향을 비교함으로써 농도 증가 기구를 추론하기 위해.
• 금속 농도에 따른 [S/Mg] 경향을 분석함으로써 Ia형 초신성의 황 농도 진화에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 스크류포르의 85개의 적색거대 브랜치 별에 대해 고해상도 VLT/FLAMES-GIRAFFE 스펙트럼을 확보하였으며, [Fe/H] 범위는 −2.5에서 −0.8이다.
• 황 농도는 9213, 9228, 9238 Å에서 관측된 S I 삼중선을 기반으로 유도되었으며, 이 파장 영역은 대기 흡수의 영향을 받는다.
• 목표 별의 별성 파arameter(Teff, log g, [Fe/H])에 대응하는 격자 기반으로 복사전달 모델링을 통해 NLTE 보정을 계산하였다.
• NLTE 보정된 값의 일관성을 확보하기 위해 [S/Fe] 및 [S/Mg] 비율을 계산하고 은하간 헬로 데이터와 비교하였다.
• Ia형 초신성의 영향은 [Fe/H]에 따른 [S/Mg] 경향을 분석함으로써 평가되었으며, 이는 Ia형 초신성 기여로 인해 증가할 것으로 예상된다.
• 측정 불확도와 산란을 평가하여 내재적 산란과 관측 오차를 구분하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스크류포르 소형은하의 황은 낮은 금속성에서 [S/Fe]의 평탄한 경향을 보이며 α핵종 유사 행동을 나타내는가?
• RQ2 특히 9213–9238 Å 영역에서, NLTE 보정은 금속 빈도가 낮은 별의 황 농도 측정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 높은 금속성에서 [S/Mg] 경향을 통해 Ia형 초신성의 황 농도 기여가 증가하는 증거가 있는가?
• RQ4 스크류포르의 [S/Fe] 진화는 은하간 헬로와 어떻게 비교되며, 이는 초기 별 형성과 농도 효율성에 대해 어떤 시사점을 갖는가?
• RQ5 관측된 [S/Mg] 산란은 주로 측정 오차에서 기인하는가 아니면 내재적 산란인가? 이는 농도 비율의 신뢰성에 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• NLTE 보정된 스크류포르의 [S/Fe] 비율은 [Fe/H] ≤ −2에서 [S/Fe] ≈ +0.16의 평탄한 경향을 보이며, α핵종 행동과 일치하며 은하간 헬로와 유사하다.
• 더 높은 금속성([Fe/H] > −1.5)에서 [S/Fe]는 태양 이하 수준으로 감소하며, Ia형 초신성에 의해 주로 농도가 증가하는 전환점을 시사한다.
• [S/Mg] 비율은 [Fe/H] 증가에 따라 증가하며, 높은 금속성에서 Ia형 초신성의 황 기여가 증가하고 있음을 강력히 시사한다.
• [Fe/H] ≤ −2에서 스크류포르의 평균 [S/Mg]는 −0.37이며(외곽값 ET0322를 제외하면 −0.30), 은하간 헬로의 값인 −0.39와 뛰어난 일치를 보인다.
• [S/Mg]의 산란(σ = 0.25)은 [S/Fe]의 산란(σ = 0.18)보다 크지만, [Mg/H] 측정 오차가 더 크므로 주로 측정 불확도에 의해 결정될 가능성이 크다.
• S I 삼중선에 대한 NLTE 보정이 계산되어 공개되었으며, 향후 금속 빈도가 낮은 별의 일관된 농도 분석에 기여할 수 있다.