[논문 리뷰] The case of the disappearing CN-strong AGB stars in Galactic globular clusters -- Preliminary Results

S. W. Campbell, David Yong외 6명|arXiv (Cornell University)|2010. 04. 13.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 9개의 은하수 별개구역에서 250개의 AGB 별에 대한 중해상도 스펙트로스코피를 이용해 은하수 별개구역 내 CN-강한 AGB 별의 놀라운 감소를 조사한다. 연구 결과, 많은 별개구역에서 AGB 별의 CN-강한 별이 전혀 없거나 RGB 별 집단에 비해 현저히 감소해 있으며, 이는 AGB에서 질소 농도가 증가할 것으로 예측하는 표준 별진화 모델과 모순된다.

ABSTRACT

A previously reported literature search suggested that the AGB stars in Galactic globular clusters may be showing different distributions of CN-strong and CN-weak stars as compared to their RGB stars. In most cases the second giant branches of GCs appeared to be deficient in stars with strong CN bands. However the sample sizes of AGB stars at that time were too small to give a definitive picture. Thus an observing campaign targeting GC AGB stars was proposed. We now have medium resolution spectral observations of about 250 GC AGB stars across 9 globular clusters, obtained with the 2dF/AAOmega instrument on the Anglo-Australian Telescope. In this paper we report some preliminary results regarding the distributions of CN-strong and CN-weak stars on the two giant branches of a selection of globular clusters. We find that some GCs show a total lack of CN-strong stars on the AGB, whilst some show a reduction in CN-strong stars as compared to the RGB. Standard stellar evolution does not predict this change in surface abundance between the two giant branches. We discuss some possible causes of this unexpected phenomenon.

연구 동기 및 목표

• 은하수 별개구역에서 CN-강한 AGB 별이 그들의 빨간거대가지(RGB) 집단에 비해 체계적으로 부족한지 확인하는 것.
• 이전 AGB 연구에서 표본 수가 적어 발생한 문헌 내 모순을 해결하는 것.
• RGB와 AGB 별 간의 관측된 CN 농도 차이가 실제인지, 관측 편향이나 스펙트럼 분석의 체계적 오차 때문인지 확인하는 것.
• 헬륨 농도나 질량에 의존하는 질량 손실과 같은 진화 메커니즘이 AGB에서 CN-강한 별이 사라지는 현상을 설명할 수 있는지 탐색하는 것.
• 이 현상이 다중 인구 및 자기오염 시나리오와 관련된 별개구역의 형성 및 화학적 진화에 미치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• 영국-오스트레일리아 망원경의 2dF/AAOmega 장치를 이용해 9개의 은하수 별개구역에서 250개의 AGB 별에 대한 중해상도 스펙트로스코픽 데이터를 확보했다.
• 기존의 조사(예: Grundahl et al. 1999; Sandquist & Bolte 2004)에서 확보한 고정밀 광도 및 천문측위 데이터를 사용해 색-등급도도(CMD)에서 AGB 별을 식별하고, RGB 별과 구별했다.
• 모든 별개구역에서 일관된 캘리브레이션을 사용해 스펙트럼 분석을 수행하여 CN 밴드 강도를 측정하고, 별을 CN-강한 또는 CN-약한 것으로 분류했다.
• 동일한 별개구역 내 AGB와 RGB에서 CN-강한 및 CN-약한 별의 상대적 비율을 비교하여 체계적 차이를 탐지했다.
• 관측 편향을 평가하기 위해 유사한 온도와 빛의 세기에서 AGB와 RGB 별을 비교하여, 스펙트럼 해상도나 중력 효과가 관측된 농도 차이를 설명하지 못한다는 것을 확인했다.
• 분석 파ip라인의 체계적 오차를 배제하기 위해 스펙트럼 합성 계산을 계획했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하수 별개구역에서 CN-강한 AGB 별은 그들의 RGB 대응체에 비해 체계적으로 부족한가?
• RQ2 AGB에서 관측된 CN-강한 별의 부족은 작은 표본 크기와 관측 편향의 산물인가, 아니면 실제 천체물리적 현상인가?
• RQ3 RGB에서 AGB로의 전이 동안 표면 질소 농도(즉, CN 밴드로 추적됨)가 감소하는 현상을 표준 별진화 모델이 설명할 수 있는가?
• RQ4 헬륨 농도의 차이 또는 강화된 질량 손실과 같은 물리적 메커니즘이 AGB에서 CN-강한 별의 선택적 부재를 설명할 수 있는가?
• RQ5 관측된 AGB 대 RGB 간의 CN 농도 차이는 별개구역 간에 어떻게 달라지며, 이러한 변동은 별개구역의 형성 역사 및 자기오염 메커니즘에 어떤 함의를 지니는가?

주요 결과

• 일부 별개구역에서는 CN-강한 AGB 별이 전혀 탐지되지 않아, RGB에 존재하는 것과는 달리 AGB에서 이 별 집단이 완전히 부재함을 시사한다.
• 다른 별개구역에서는 AGB 별에서 CN-강한 별이 RGB에 비해 현저히 부족하며, AGB는 주로 CN-약한 별로 지배된다.
• 관측된 CN 농도의 차이는 스펙트럼 해상도, 중력 효과, 온도에 따른 밴드 강도 변화의 영향이 아니며, 동일한 별의 물리적 조건에서 비교한 결과 이를 확인했다.
• RGB와 AGB 간의 CN 농도 차이는 표준 별진화 이론과 정면으로 배치되며, 이는 RGB에서 깊은 혼합이 일어나 AGB에서 질소(CN)가 증가해야 한다는 예측과 모순된다.
• 이 현상은 모든 별개구역에서 균일하지 않으며, 일부는 CN-강한 AGB 별이 완전히 부재하고 다른 일부는 부분적인 감소를 보이며, 이는 별개구역에 따라 다른 물리적 메커니즘이 작용함을 시사한다.
• 결과는 헬륨 농도의 차이(ΔY ~ 0.05) 또는 질량에 의존하는 질량 손실이 CN-강한 별을 AGB에서 선별적으로 제거할 수 있음을 암시하지만, 이를 확인하기 위해 추가 모델링이 필요하다.