[논문 리뷰] uvby(-$β$) photometry of high-velocity and metal-poor stars X. Stars of very low metal abundance: observations, reddenings, metallicities, classifications, distances, and relative ages

W. J. Schuster, Timothy C. Beers외 3명|arXiv (Cornell University)|2004. 03. 27.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 63인용 수 28

한 줄 요약

이 연구는 HK 조사에서 유도된 411개의 매우 금속 빈도 성운의 uvby-β 광도 측정을 통해 내재 색깔 보정과 $c_0$–$(b-y)_0$ 다이어그램을 사용하여 간성 적색편이, 금속 농도, 광도 분류, 거리 및 상대 연령을 도출한다. 연구 결과, 일부 매우 금속 빈도 성운은 궤도 성운 M92보다 1–3 Gyr 어린 것으로 나타나, 은하의 궤도 원반에 금속 빈도 물질이 후기 단계에서 축적되거나 계층적 형성 구조를 띠고 있음을 시사한다.

ABSTRACT

uvby(--$β$) photometry has been obtained for an additional 411 very metal-poor stars selected from the HK survey, and used to derive basic parameters such as interstellar reddenings, metallicities, photometric classifications, distances, and relative ages... These very metal-poor stars are compared to M92 in the c_0,(b-y)_0 diagram, and evidence is seen for field stars 1-3 Gyrs younger than this globular cluster. The significance of these younger very metal-poor stars is discussed in the context of Galactic evolution, mentioning such possibilities as hierarchical star-formation/mass-infall of very metal-poor material and/or accretion events whereby this material has been acquired from other (dwarf) galaxies with different formation and chemical-enrichment histories

연구 동기 및 목표

• uvby-β 광도 측정을 통해 매우 금속 빈도(VMP) 성운에 대한 정확한 간성 적색편이, 금속 농도, 광도 분류, 거리 및 상대 연령을 도출하기.
• Schlegel 등 (1998)의 지도에서 유도된 적색편이 추정치가 Schuster & Nissen (1989)의 내재 색깔 보정에 비해 신뢰성 있는지 평가하기.
• VMP 성운을 $c_0$–$(b-y)_0$ 다이어그램에 분류하고, 궤도 성운의 진화 시퀀스와 비교하기.
• 특히 [Fe/H]가 극도로 낮은 성운에 대해 $uvby$ 및 $UBV$ 광도 측정에서 유도된 광도 거리 추정치의 일관성을 평가하기.
• M92보다 어린 VMP 성운이 존재할 경우 은하의 궤도 원반 형성에 대한 영향을 조사하기, 특히 축적과 계층적 별 형성에 대해 고려하기.

제안 방법

• 411개의 VMP 성운에 대해 멕시코 산 페드로 마르티르 및 칠레 라 실라의 1.5m 망원경을 사용하여 UVBY-β 광도 측정을 수행하였으며, 표준 기법을 사용하여 데이터를 처리하고 보정하였다.
• 간성 적색편이는 Schlegel 등 (1998)의 먼지 지도와 Schuster & Nissen (1989)의 내재 색깔 보정을 모두 사용하여 추정되었으며, $E(b-y)$ 및 $E(B-V)$는 $\beta$ 및 $(b-y)_0$ 지표에서 유도되었다.
• 금속 농도 [Fe/H]는 HK 조사에서의 Ca II K 라인 지표와 $uvby$ 및 $UBV$ 광도 측정을 결합하여, $T_{\rm eff}$ 및 중력에 대한 경험적 보정을 사용하여 유도되었다.
• 광도 거리는 Hipparcos 데이터 기반의 $M_V$ 보정과 VandenBerg 등 및 Bergbusch & VandenBerg (2001)의 이론적 등등선을 사용하여 계산되었으며, $uvby$ 시스템으로 변환되었다.
• $c_0$–$(b-y)_0$ 다이어그램을 사용하여 성운을 진화 단계(예: 적색 거대성우, 수평가닥, 준저광성)로 분류하였으며, 궤도 성운 시퀀스와 비교하였다.
• 높은 $m_1$ 또는 $[m_1]$ 지표를 가진 이상한 성운은 이중성, 광도 변화 또는 화학적으로 특이한 성질이 있을 가능성이 있어 표시하고 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Schlegel 등 (1998)의 먼지 지도에서 유도된 적색편이 추정치는 VMP 성운에 대해 Schuster & Nissen (1989)의 내재 색깔 보정에 기반한 추정치와 일치하는가?
• RQ2 $c_0$–$(b-y)_0$ 다이어그램은 궤도 성운의 시퀀스와 유사한 진화 시퀀스로 VMP 성운을 효과적으로 분류할 수 있는가?
• RQ3 $uvby$ 및 $UBV$ 광도 측정에서 유도된 광도 거리 추정치는 VMP 성운에서 일관된가, 특히 [Fe/H] < -2.0일 경우에 대해?
• RQ4 M92보다 현저히 어린 VMP 성운이 존재하는가, 그리고 이는 은하의 궤도 원반 형성에 어떤 의미를 갖는가?
• RQ5 일부 VMP 성운에서 이상한 광도 지표(예: 높은 $m_1$, $[m_1]$)가 나타나는 원인은 무엇이며, 이는 분류 오류나 성운의 특이성과 어떻게 관련되는가?

주요 결과

• Schlegel 등 (1998)의 먼지 지도에서 유도된 적색편이 추정치는 Schuster & Nissen (1989)의 내재 색깔 보정 결과와 잘 일치하며, 유의미한 시스템적 편향은 관측되지 않았다.
• $c_0$–$(b-y)_0$ 다이어그램은 VMP 성운을 적색 거대성우, 수평가닥, 준저광성 성운 등 진화 시퀀스로 성공적으로 분류하였으며, 궤도 성운의 시퀀스와 유사하였다.
• $uvby$ 및 $UBV$ 광도 측정에서 유도된 광도 거리 추정치는 합리적인 일치를 보였으며, 이는 Hipparcos 기반의 $M_V$ 보정이 VMP 성운에 대해 추정의 한계가 있음에도 불구하고 신뢰할 수 있음을 확인하였다.
• M92보다 1–3 Gyr 어린 VMP 성운 그룹이 발견되었으며, M92의 [Fe/H] 척도에 대한 불확실성이 이 연령 차이를 더 크게 만들 가능성이 있다.
• 높은 $m_1$ 또는 $[m_1]$ 지표를 가진 이상한 성운은 이질적인 원소 농도, 변화 가능성 또는 이중성으로 인해 잘못 분류된 AGB 성운일 가능성이 있으며, 10개의 파랑 스트래글러는 near-solar [Fe/H]를 나타내는 광도 지표를 보였으며, 이는 HK 조사에서의 [Fe/H] 추정치와 불일치함을 시사한다.
• 어린 VMP 성운의 존재는 계층적 별 형성 또는 금속 농도가 낮은 소성운에서 유래한 물질의 축적을 뒷받침하는 모델을 지지한다.