[논문 리뷰] The subgiant branch of omega Cen seen through high-resolution spectroscopy. II. The most metal-rich population

E. Pancino, A. Mucciarelli외 3명|arXiv (Cornell University)|2011. 09. 07.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 73인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 ω Centauri의 금속성 높은 인구(SGB-a)에 속한 18개의 하위거성 브랜치 별의 고해상도 스펙트럼을 분석하여, 일관된 알루미늄 농도([Al/Fe] = +0.32 ± 0.14 dex)와 헬륨 농도가 증가한 모델 대기에서의 민감도가 극히 미미한 것으로 밝혀냈다. 이러한 결과는 이 인구가 붕괴된 난소은하의 현장 인구일 수 있다는 가설을 지지하며, 리튬 상한값 또한 헬륨 농도가 높다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

We analyze spectra of 18 stars belonging to the faintest subgiant branch in omega Centauri (the SGB-a), obtained with GIRAFFE@VLT at a resolution o R~17000 and a S/N ratio between 25 and 50. We measure abundances of Al, Ba, Ca, Fe, Ni, Si, and Ti and we find that these stars have =-0.73 +/- 0.14 dex, similarly to the corresponding red giant branch population (the RGB-a). We also measure =+0.40 +/- 0.16 dex, and =+0.87 +/- 0.23 dex, in general agreement with past studies. It is very interesting to note that we found a uniform Al abundance, =+0.32 +/- 0.14 dex, for all the 18 SGB-a stars analysed here, thus supporting past evidence that the usual (anti-)correlations are not present in this population, and suggesting a non globular cluster-like origin of this particular population. In the dwarf galaxy hypothesis for the formation of omega Cen, this population might be the best candidate for the field population of its putative parent galaxy, although some of its properties appear contradictory. It has also been suggested that the most metal-rich population in omega Cen is significantly enriched in helium. If this is true, the traditional abundance analysis techniques, based on model atmospheres with normal helium content, might lead to errors. We have computed helium enhanced atmospheres for three stars in our sample and verified that the abundance errors due to the use of non-enhanced atmospheres are negligible. Additional, indirect support to the enhanced helium content of the SGB-a population comes from our Li upper limits.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 스펙트로스코피를 사용하여 ω Centauri의 가장 금속성 높은 하위거성 브랜치 인구(SGB-a)의 화학 조성을 규명하는 것.
• 알루미늄 및 기타 경량 원소에서의 (반)상관관계가 관찰되지 않는 것이 이 인구의 비-구형개별은하 기원을 지지하는가를 시험하는 것.
• 표준 및 헬륨 농도가 증가한 모델 대기를 비교하여 헬륨 농도 증가가 농도 분석에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 리튬 농도를 간접적 증거로 삼아 SGB-a 인구의 헬륨 농도 증가 가설을 평가하는 것.

제안 방법

• 18개의 SGB-a 별에 대해 R ≈ 17,000인 GIRAFFE@VLT를 사용하여 고해상도 스펙트로스코피를 수행하였으며, 신호 대 잡음비는 25에서 50 사이였다.
• ATLAS12 모델 대기를 사용하여 합성 스펙트럼 피팅을 통해 철(Fe), 알루미늄(Al), 바륨(Ba), calcium(Ca),nickel(Ni),silicon(Si),titanium(Ti)의 농도를 측정하였다.
• 세 개의 별에 대해 헬륨 농도가 증가한 모델 대기(Y = 0.35–0.40)를 계산하여 유도된 농도에 미치는 영향을 시험하였다.
• 스펙트럼에서 6708 Å Li I 선이 검출되지 않아 리튬 상한값을 유도하였다.
• 대기 파rameters(Teff, log g, vt)는 철 선의 이온화 평형과 흥분 평형에서 유도되었다.
• 스펙트럼 합성에 필요한 원자 선 데이터는 온라인 데이터베이스(NIST, VALD, Kurucz)를 사용하여 확보하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ω Centauri의 SGB-a 별들은 전형적인 구형개별은하 인구에서 관찰되는 바와 같이 탄소(C), 질소(N), 산소(O), 나트륨(Na), 알루미늄(Al) 등의 경량 원소에서 (반)상관관계를 보이나?
• RQ2 모델 대기에서 표준 헬륨 농도(Y ≈ 0.25)를 가정할 경우 SGB-a 인구의 농도 분석에 심각한 영향을 미치는가?
• RQ3 SGB-a 별의 리튬 상한값은 이 인구에서 헬륨 농도 증가 가설을 지지하는가?
• RQ4 SGB-a 인구의 화학 조성이 붕괴된 난소은하의 현장 인구에 대한 기대와 일치하는가?

주요 결과

• SGB-a 인구의 평균 금속성 농도는 <[Fe/H]> = –0.73 ± 0.14 dex로, RGB-a 인구와 일치한다.
• α-원소 농도 비율 <[α/Fe]> = +0.40 ± 0.16 dex는 높아, 짧은 별 형성 timescale 또는 중심 붕괴 초신성에 의한 초기 농도 증가를 시사한다.
• 알루미늄 농도는 모든 18개의 SGB-a 별에서 균일하게 높고 고르며, <[Al/Fe]> = +0.32 ± 0.14 dex로 측정되었으며, 측정 오차를 초월한 산란이 없었다.
• 표준 모델 대기와 헬륨 농도가 증가한 모델 대기를 비교한 결과, 농도 결정에 대한 헬륨 농도 증가의 영향은 극히 미미한 것으로 나타났다.
• Li I 6708 Å 선이 검출되지 않아 상한값이 유도되었으며, 리튬 고갈과 일치하는 결과를 보여, 헬륨 농도 증가 가설을 지지한다.
• 이 인구는 (반)상관관계가 없고 금속성 높은 성질을 지니고 있어, ω Centauri의 잠재적 부모 난소은하의 현장 인구로서 가장 강력한 후보이다.