[论文解读] Abundance correlations in mildly metal-poor stars

Emmanuël Jehin, Pierre Magain+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 1998

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 5被引用 9

一句话总结

本研究分析了21颗轻度金属贫乏恒星的高分辨率光谱，以探究r-过程、s-过程和α-元素之间的丰度相关性。研究根据s-元素和α-元素的不同趋势，识别出两个不同的子群体——PopIIa和PopIIb，支持一种两阶段化学富集模型，即先由大质量恒星超新星爆发，后由中等质量恒星风提供物质，且这些恒星起源于被破坏或蒸发的球状星团。

ABSTRACT

Accurate relative abundances have been obtained for a sample of 21 mildly metal-poor stars from the analysis of high resolution and high signal-to-noise spectra. With these accurate results, correlations between relative abundances have been searched for, with a special emphasis on the neutron capture elements. This analysis shows that the r elements are closely correlated to the alpha elements, which is in agreement with the generally accepted idea that the r-process takes place during the explosion of massive stars. The situation is more complex as far as the s elements are concerned. Their relation with the alpha elements is not linear. In a first group of stars, the relative abundance of the s elements increases only slightly with the alpha elements overabundance until the latter reaches a maximum value. For the second group, the s elements show a rather large range of enhancement and a constant (and maximum) value of the alpha elements overabundance. This peculiar behaviour leads us to distinguish between two sub-populations of metal-poor stars, namely PopIIa (first group) and PopIIb (second group). We suggest a scenario of formation of metal-poor stars based on two distinct phases of chemical enrichment, a first phase essentially consisting in supernova explosions of massive stars, and a second phase where the enrichment is provided by stellar winds from intermediate mass stars. More specifically, we assume that all thick disk and field halo stars were born in globular clusters, from which they escaped, either during an early disruption of the cluster (PopIIa) or, later, through an evaporation process (PopIIb).

研究动机与目标

• 研究轻度金属贫乏恒星中中子俘获元素（r-过程和s-过程）与α-元素之间的丰度相关性。
• 确定观测到的丰度模式是否可由单一或多个核合成过程解释。
• 通过分析其化学特征并关联到不同的形成情景，探索金属贫乏恒星的起源。
• 检验晕族和厚盘恒星起源于球状星团通过早期破坏或后期蒸发的假设。

提出的方法

• 采用高分辨率、高信噪比光谱法，精确测量21颗轻度金属贫乏恒星中关键元素的相对丰度。
• 利用详细的光谱拟合和模型大气，推导出相对于铁的丰度比（[X/Fe]）。
• 分析s-过程、r-过程和α-元素之间的相关性，以识别数据中的模式和子结构。
• 根据s-元素相对于α-元素的行为，将数据分为两个独立的序列。
• 提出一种两阶段化学富集模型，第一阶段由大质量恒星的核心塌缩超新星驱动，第二阶段由AGB星风驱动。
• 该模型假设所有场星系晕和厚盘恒星均起源于球状星团，其中PopIIa恒星在早期星团破坏时逃逸，PopIIb恒星则后期通过蒸发过程逃逸。

实验结果

研究问题

• RQ1 在轻度金属贫乏恒星中，r-过程和s-过程元素丰度是否与α-元素相关？
• RQ2 观测到的丰度趋势是否表明中子俘获元素存在单一或多个核合成源？
• RQ3 观测到的丰度模式是否可用涉及大质量和中等质量恒星的两阶段化学富集情景解释？
• RQ4 数据中识别出的两个金属贫乏恒星子群体有何区别？
• RQ5 场星系晕和厚盘恒星的起源是否与球状星团的破坏或蒸发过程相关？

主要发现

• r-过程元素与α-元素表现出强烈的线性相关性，支持r-过程产生于大质量恒星核心塌缩超新星的假设。
• s-过程元素与α-元素无线性相关性；相反，出现两个具有不同丰度趋势的独立群体。
• 在第一组（PopIIa）中，随着α-元素过量的增加，s-元素丰度仅略有上升，直至达到最大值。
• 在第二组（PopIIb）中，s-元素表现出广泛的增强，而α-元素保持在恒定的最大过量水平。
• 数据支持一种两阶段化学富集模型：首先由大质量恒星超新星富集，其次由中等质量恒星风富集。
• 作者提出，所有场星系晕和厚盘恒星均起源于球状星团，其中PopIIa恒星在星团早期破坏时逃逸，PopIIb恒星则通过后期蒸发过程逃逸。