[논문 리뷰] The Gaia-ESO Survey. Mg-Al anti-correlation in iDR4 globular clusters

E. Pancino, D. Romano|arXiv (Cornell University)|2017. 02. 20.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 67인용 수 52

한 줄 요약

이 연구는 Gaia-ESO Survey iDR4 데이터를 사용하여 11개의 구형성단에서 Mg-Al 반비례 관계를 분석하며, 금속성과 현재 질량에 의존함을 확인하고 연령에 대한 유의미한 의존성은 없음을 밝힌다. 금속성 높은 성단인 NGC 5927([Fe/H] = –0.49 dex)에 대한 첫 번째 세부 농도 측정치를 제시하며, 일부 은하외 성단에서 관측된 낮은 [Mg/α] 값을 정상적인 Mg-Al 반비례 관계로는 설명할 수 없고, NGC 2419와 같은 극단적인 화학 조성 필요함을 시사한다.

ABSTRACT

We use Gaia-ESO Survey iDR4 data to explore the Mg-Al anti-correlation in globular clusters, that were observed as calibrators, as a demonstration of the quality of Gaia-ESO Survey data and analysis. The results compare well with the available literature, within 0.1 dex or less, after a small (compared to the internal spreads) offset between the UVES and the GIRAFFE data of 0.10-0.15 dex was taken into account. In particular, we present for the first time data for NGC 5927, one of the most metal-rich globular clusters studied in the literature so far with [Fe/H]=-0.49 dex, that was included to connect with the open cluster regime in the Gaia-ESO Survey internal calibration. The extent and shape of the Mg-Al anti-correlation provide strong constraints on the multiple population phenomenon in globular clusters. In particular, we studied the dependency of the Mg-Al anti-correlation extension with metallicity, present-day mass, and age of the clusters, using GES data in combination with a large set of homogenized literature measurements. We find a dependency with both metallicity and mass, that is evident when fitting for the two parameters simultaneously, but no significant dependency with age. We confirm that the Mg-Al anti-correlation is not seen in all clusters, but disappears for the less massive or most metal-rich ones. We also use our dataset to see whether a normal anti-correlation would explain the low [Mg/$α$] observed in some extragalactic globular clusters, but find that none of the clusters in our sample can reproduce it, and more extreme chemical compositions (like the one of NGC 2419) would be required. We conclude that GES iDR4 data already meet the requirements set by the main survey goals, and can be used to study in detail globular clusters even if the analysis procedures were not specifically designed for them.

연구 동기 및 목표

• 구형성단에서 Mg-Al 반비례 관계를 연구하기 위해 Gaia-ESO Survey iDR4 데이터의 품질과 신뢰성을 평가하는 것.
• Mg-Al 반비례 관계의 연장이 성단의 금속성, 현재 질량, 연령에 어떻게 의존하는지 조사하는 것.
• 일반적인 Mg-Al 반비례 관계가 일부 은하외 성단에서 관측된 낮은 [Mg/α] 비율을 설명할 수 있는지 확인하는 것.
• 은하계 구형성단과 산개성단의 화학적 제도를 연결하기 위해 금속성이 높은 성단인 NGC 5927을 분석에 포함하는 것.

제안 방법

• 11개의 구형성단에 대해 UVES(고해상도) 및 GIRAFFE(중간해상도) 분광계에서 확보한 Gaia-ESO Survey iDR4 데이터를 활용하였다.
• 여러 연구팀에서 공통으로 사용하는 최신 기법을 적용한 반복적 농도 분석을 수행하였으며, UVES와 GIRAFFE 데이터 간 교정을 수행하였다.
• GES iDR4, FLAMES GC 조사, APOGEE 조사에서 유래한 총 약 1,300개의 별을 포함하는 28개의 구형성단에 대한 통합 데이터베이스를 구축하였다.
• 선형 회귀를 적용하여 금속성과 질량에 따른 Mg-Al 반비례 관계의 연장 정도를 모델링하였으며, 연령은 보조 변수로 고려했다.
• 개별 별의 농도가 통합광선 분광법 결과와 일치하는지 평가하기 위해 평균 농도를 관측된 은하외 성단의 경향과 비교하였다.
• 통계적 모델링을 통해 일반적인 Mg-Al 반비례 관계가 은하외 성단에서 낮은 [Mg/α] 값을 재현할 수 있는지 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 구형성단에서 Mg-Al 반비례 관계의 연장이 금속성과 현재 질량에 의존하는가? 이 의존성은 통계적으로 유의미한가?
• RQ2 Mg-Al 반비례 관계에 연령에 따른 측정 가능한 의존성이 있는가, 아니면 진화 단계와 독립적인가?
• RQ3 일반적인 Mg-Al 반비례 관계(일반적인 은하계 구형성단에서 관측된 바와 동일)가 일부 은하외 성단에서 관측된 낮은 [Mg/α] 비율을 설명할 수 있는가?
• RQ4 Gaia-ESO Survey iDR4 데이터가 Mg 및 Al 농도에 대해 문헌 값과 얼마나 잘 일치하는가? 특히 UVES 및 GIRAFFE 기기와의 비교에서 어떻게 되는가?
• RQ5 금속성이 높은 구형성단인 NGC 5927을 포함함으로써 구형성단과 산개성단의 화학적 제도 간 보정이 얼마나 향상되는가?

주요 결과

• Mg-Al 반비례 관계의 연장이 동시에 금속성과 현재 질량에 의존함을 확인하였으며, 이 의존성은 통계적으로 유의미하며 연령에 대한 유의미한 의존성은 없었다.
• UVES와 GIRAFFE 데이터 간의 관측 오차는 작았으며(0.10–0.15 dex), 校정 후 결과는 문헌치와 0.1 dex 이내로 일치하였다.
• NGC 5927([Fe/H] = –0.49 dex)는 본 연구에서 분석한 가장 금속성이 높은 구형성단이며, 이 성단의 포함으로 산개성단과의 보정이 향상되었다.
• 일반적인 Mg-Al 반비례 관계는 일부 은하외 성단에서 관측된 낮은 [Mg/α] 값을 재현할 수 없으며, NGC 2419와 같은 극단적인 화학 조성이 필요하다.
• Gaia-ESO Survey iDR4 데이터는 분석 절차가 이들 데이터를 위해 특별히 설계되지 않았음에도 불구하고, 세부적인 구형성단 연구에 필요한 품질을 충족한다.
• 28개 성단에 걸쳐 약 1,300개의 별을 포함하는 통합 데이터베이스는 농도 변화의 강력한 통계적 분석을 가능하게 하며, 향후 다원소 연구를 지원한다.