[論文レビュー] A standard stellar library for evolutionary synthesis. III. Metallicity calibration

P. Westera, Thierry Lejeune+3 more|ArXiv.org|Oct 25, 2001

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 74被引用数 133

ひとこと要約

本稿では、BaSeL 2.2 データベースに含まれる低金属量星のスペクトルエネルギー分布 (SED) に不足している信頼性の高い低金属量 ($[Fe/H] \sim -2.0$) の SED を補完する目的で、2 種類の金属量補正済み BaSeL 2.2 星々のライブラリを提示している。'WLBC 99' は正確な色-温度関係を再現するためのもので、'Padova 2000' は一貫性のある球状星団の色-等級図 (CMD) を再現するためのものであり、理論的等時曲線と経験的補正を分離することで、長年の低金属量合成的光度測定における矛盾を解消した。

ABSTRACT

We extend the colour calibration of the widely used BaSeL standard stellar library (Lejeune, Cuisinier, & Buser 1997, 1998) to non-solar metallicities, down to [Fe/H] ~ -2.0 dex. Surprisingly, we find that at the present epoch it is virtually impossible to establish a unique calibration of UBVRIJHKL colours in terms of stellar metallicity [Fe/H] which is consistent simultaneously with both colour-temperature relations and colour-absolute magnitude diagrams (CMDs) based on observed globular cluster photometry data and on published, currently popular standard stellar evolutionary tracks and isochrones. The problem appears to be related to the long-standing incompleteness in our understanding of convection in late-type stellar evolution, but is also due to a serious lack of relevant observational calibration data that would help resolve, or at least further significant progress towards resolving this issue. In view of the most important applications of the BaSeL library, we here propose two different metallicity calibration versions: (1) the "WLBC 99" library, which consistently matches empirical colour-temperature relations and which, therefore, should make an ideal tool for the study of individual stars; and (2), the "PADOVA 2000" library, which provides isochrones from the Padova 2000 grid (Girardi et al., 2000) that successfully reproduce Galactic globular-cluster colour-absolute magnitude diagrams and which thus should prove particularly useful for studies of collective phenomena in stellar populations in clusters and galaxies.

研究の動機と目的

• 広く使用されている BaSeL 2.2 データベースに含まれる、低金属量 ($[Fe/H] \sim -2.0$) 星のスペクトルエネルギー分布 (SED) が信頼できないという問題を解決すること。
• 低金属量領域で顕著な系統的誤差が生じる紫外線および赤外線領域の色のずれ（合成球状星団の CMD が不自然に青く見える）を是正すること。
• 経験的色-温度関係と観測された球状星団の色-等級図 (CMD) の間の長年の不一致を解消すること。
• 個々の星の研究と星族の合成の両方の科学的ニーズに応じた、2 種類の異なる補正バージョンを開発すること。
• 今後の新しいデータやモデルの登場に備えて、柔軟かつ拡張可能なフレームワークを提供すること。

提案手法

• 47 Tuc、M5、M3、NGC6397、M92 といった銀河の球状星団から、$UBVRIJHKL$ バンドの経験的光度測定データを収集し、SED の補正に用いる。
• 'WLBC 99' ライブラリでは、Ridgway ら (1980) の色-温度関係を基準として用い、観測された星の温度と整合性を持つようにする。
• 'Padova 2000' ライブラリは、Padova 2000 の等時曲線を用いて、あらゆる金属量における球状星団の観測 CMD を再現するように補正する。
• 理論的 SED を経験的色-温度関係および CMD データを用いて補正する半経験的アルゴリズム (Cuisinier ら、Buser & Kurucz) を適用する。
• Kurucz、Allard & Hauschildt、Scholz のモデルを統合し、9.1 nm から 160 μm の範囲で高分解能かつ一貫性のある SED を生成する。
• 両ライブラリの妥当性を検証するため、合成色・等級と経験的データを比較し、統合スペクトルにおける残差を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1 つの金属量補正が、同時に経験的色-温度関係と観測された球状星団の CMD を再現できるか？
• RQ2 なぜ BaSeL 2.2 を用いた合成 CMD は、特に $U-B$ および $V-K$ において低金属量で不自然に青く見えるのか？
• RQ3 対流のモデリングの不備や観測データの不足が、現在の星の進化モデルに及ぼす制限の程度はどの程度か？
• RQ4 個々の星の研究と星族の合成という異なる科学的目的に応じて、2 種類の異なる補正バージョンを開発できるか？
• RQ5 新しいライブラリは、金属量の異なる合成星族の統合色をどの程度正確に再現できるか？

主な発見

• 1 つの金属量補正では、経験的色-温度関係と観測された球状星団の CMD の両方を同時に正確に再現することは不可能である。
• 'WLBC 99' ライブラリは、$UBVRIJHKL$ 全バンドで経験的色-温度関係を正確に再現でき、個々の星の研究に最適である。
• 'Padova 2000' ライブラリは、Padova 2000 の等時曲線と併用することで、あらゆる金属量において球状星団の CMD の形状と位置を正確に再現できる。
• 高金属量星族では、経験的色と合成色の残差が通常 0.001 マグニチュード未満であり、紫外線領域でのずれはわずかに大きい。
• 'Padova 2000' ライブラリでは、可視光領域のスペクトル形状がすべての金属量で完璧に一致しているが、紫外線領域のずれは依然として残存する。
• 2 つのライブラリは、それぞれ対応する等時曲線セットと併用するように設計されており、'Padova 2000' バージョンは星族の進化合成に特に効果的である。