[논문 리뷰] The stellar content of the Hamburg/ESO survey VI. The metallicity distribution of main-sequence turnoff stars in the Galactic halo

Huige Li, N. Christlieb외 8명|arXiv (Cornell University)|2010. 06. 21.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 65인용 수 23

한 줄 요약

이 연구는 허문버그/ESO 설문조사에서 선별한 617颗의 금속 빈도가 낮은 주계열 전환 별 샘플과 사이딩 스프링 천문대에서 수행한 후속 분광학적 관측을 통해 은하의 허브에서 금속 빈도가 낮은 주계열 전환 별의 금속 농도 분포 함수(MDF)를 결정한다. 설문조사의 볼륨 효과를 보정한 후, 관측된 MDF는 [Fe/H] ≈ −3.6에서 급격한 감소를 보이며, 저금속 농도 尾에서 전환 별과 거대 별 간에 강한 일치를 보이지만, 이론적 모델 중 어느 것도 정점과 저금속 농도 특징을 동시에 재현하지 못한다.

ABSTRACT

We determine the metallicity distribution function (MDF) of the Galactic halo based on metal-poor main-sequence turnoff-stars (MSTO) which were selected from the Hamburg/ESO objective-prism survey (HES) database. Corresponding follow-up moderateresolution observations (R ~ 2000) of some 682 stars (among which 617 were accepted program stars) were carried out with the 2.3m telescope at the Siding Spring Observatory (SSO). Corrections for the survey volume covered by the sample stars were quantitatively estimated and applied to the observed MDF. The corrections are quite small, when compared with those for a previously studied sample of metal-poor giants. The corrected observational MDF of the turnoff sample was then compared with that of the giants, as well as with a number of theoretical predictions of Galactic chemical evolution, including the mass-loss modified Simple Model. Although the survey-volume corrected MDFs of the metal-poor turnoff and the halo giants notably differ in the region of [Fe/H] > -2.0, below [Fe/H] ~ -2.0, (the region we scientifically focus on most) both MDFs show a sharp drop at [Fe/H] ~ -3.6 and present rather similar distributions in the low-metallicity tail. Theoretical models can fit some parts of the observed MDF, but none is found to simultaneously reproduce the peak as well as the features in the metal-poor region with [Fe/H] between -2.0 to -3.6. Among the tested models only the GAMETE model, when normalized to the tail of the observed MDF below [Fe/H] ~ -3.0, and with Z_{cr} = 10^{-3.4}Z_{\odot}, is able to predict the sharp drop at [Fe/H] ~ -3.6.

연구 동기 및 목표

• 정의된 설문조사 샘플을 사용하여 은하 허브의 금속 빈도가 낮은 주계열 전환 별의 금속 농도 분포를 이해한다.
• 설문조사 선택 효과를 보정하여 정확한 볼륨 보정 금속 농도 분포 함수(MDF)를 유도한다.
• 기존에 연구된 허브 거대 별의 MDF와 비교하여 저금속 농도 영역에서의 일관성을 평가한다.
• 관측된 MDF에 대해 은하 화학적 진화 이론 모델을 시험하며, 특히 [Fe/H] ≈ −3.6에서의 급격한 감소를 재현할 수 있는지에 중점을 둔다.
• 관측된 MDF가 双핵 허브 구조와 초기 은하 진화에서의 적재의 역할에 미치는 함의를 평가한다.

제안 방법

• 허문버그/ESO 목표프리즘 설문조사(HES)에서 682개의 금속 빈도가 낮은 주계열 전환 별을 선별하였으며, 그 중 617개가 프로그램 별로 확정되었다.
• 사이딩 스프링 천문대의 2.3m 망원경을 사용하여 중간 분辨도 분광학(R ≈ 2000)을 수행하여 별의 금속 농도를 측정하였다.
• 설문조사 볼륨 효과를 정량적으로 추정하고 보정하여 편향이 적은 볼륨 보정 MDF를 도출하였다.
• 전환 별의 보정된 MDF를 허브 거대 별의 MDF 및 은하 화학적 진화 이론 모델과 비교하였다.
• 질량 손실 수정된 단순 모델과 GAMETE 모델을 포함한 이론 모델을 평가하였으며, 임계 금속 농도 Zcr 등의 매개변수를 조정하여 관측 결과와 일치시켰다.
• KP + (B−V)0 및 (J−K)0 색 조건을 사용하여 금속 빈도가 낮은 별을 효율적으로 선별하였으며, 극단적 인구 후보자에 대해 최대 100%의 선별 효율을 달성하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 설문조사 선택 효과를 보정한 후, 은하 허브의 금속 빈도가 낮은 주계열 전환 별의 진정한 금속 농도 분포 함수(MDF)는 무엇인가?
• RQ2 전환 별의 MDF는 [Fe/H] ≈ −2.0 이하의 저금속 농도 영역에서 기존에 연구된 허브 거대 별의 MDF와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 기존의 은하 화학적 진화 이론 모델은 관측된 MDF에서 관찰된 정점과 [Fe/H] ≈ −3.6 근처의 급격한 감소를 동시에 재현할 수 있는가?
• RQ4 관측된 MDF는 특히 내부 및 외부 허브 인구의 기여를 고려할 때 은하 허브의 이중핵 모델에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 관측된 MDF는 금속 빈도가 낮은 별의 장수명 기간 동안의 적재 및 간성 매질 처리의 역할을 제약할 수 있는가?

주요 결과

• 금속 빈도가 낮은 주계열 전환 별의 설문조사 볼륨 보정 MDF는 [Fe/H] ≈ −3.6에서 급격한 감소를 보이며, 저금속 농도 尾에서 허브 거대 별의 MDF와 일치한다.
• [Fe/H] > −2.0 영역의 차이에도 불구하고, 전환 별과 거대 별의 MDF는 [Fe/H] ≈ −2.0 이하에서 잘 일치하며, 특히 저금속 농도 尾에서 뚜렷하다.
• 시험된 은하 화학적 진화 이론 모델 중 어느 것도 [Fe/H] ≈ −2.5에서 −3.6 사이의 정점과 금속 빈도가 낮은 특징을 동시에 재현하지 못한다.
• GAMETE 모델은 저금속 농도 尾에 정규화하고 Zcr = 10−3.4 Z⊙로 설정할 경우, [Fe/H] ≈ −3.6에서의 급격한 감소를 가장 잘 재현한다.
• KP + (B−V)0 및 (J−K)0 색 조건을 사용한 선별 기준은 금속 빈도가 낮은 전환 별을 식별하는 데 매우 효율적이며, 극단적 인구 후보자에 대해 최대 100%의 선별 효율을 달성한다.
• 샘플에 [Fe/H] < −3.6인 별이 부족하여 가장 금속 빈도가 낮은 이론 모델과의 직접 비교가 제한되며, 향후 APOGEE 및 LAMOST와 같은 더 깊은 설문조사의 필요성을 강조한다.