[논문 리뷰] Baade's window with APOGEE: Metallicities, ages and chemical abundances

M. Schultheis, Á. Rojas-Arriagada외 24명|arXiv (Cornell University)|2017. 02. 06.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 37

한 줄 요약

이 연구는 바데의 창에서 APOGEE 적외선 스펙트로스코픽 데이터를 분석하여 우주선의 금속성, 연령, 화학 조성의 값을 유도한다. 연구는 이중성 금속성 분포를 확인하였고, 문헌 값과 양호한 일치를 보였지만, 고금속성에서 APOGEE는 마그네슘 농도가 체계적으로 높게 나타났으며, 연령 분포 역시 이중성임을 드러내며 약 10 Gyr의 고연령 인구와 약 3–4 Gyr의 상당한 비율의 젊은 별을 포함하고 있다.

ABSTRACT

Baade's window (BW) is one of the most observed Galactic bulge fields in terms of chemical abundances. Due to its low and homogeneous interstellar absorption it is considered as a calibration field for Galactic bulge studies. In the era of large spectroscopic surveys, calibration fields such as BW are necessary to cross calibrate the stellar parameters and individual abundances of the APOGEE survey. We use the APOGEE BW stars to derive their metallicity distribution function (MDF) and individual abundances, for $α$- and iron-peak elements of the APOGEE ASPCAP pipeline (DR13), as well as the age distribution for stars in BW. We determine the MDF of APOGEE stars in BW and find a remarkable agreement with that of the Gaia-ESO survey (GES). Both exhibit a clear bimodal distribution. We also find that the Mg-metallicity planes of both surveys agree well, except for the metal-rich part ([Fe/H] >0.1), where APOGEE finds systematically higher Mg abundances with respect to the GES. The ages based on the [C/N] ratio reveal a bimodal age distribution, with a major old population at 10 Gyr, with a decreasing tail towards younger stars. A comparison between APOGEE estimates and stellar parameters, and those determined by other sources reveals detectable systematic offsets, in particular for spectroscopic surface gravity estimates. In general, we find a good agreement between individual abundances of O, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Cr, Mn, Co, and Ni from APOGEE with that of literature values. We have shown that in general APOGEE data show a good agreement in terms of MDF and individual chemical abundances with respect to literature works. Using the [C/N] ration we found a significant fraction of young stars in BW which is in agreement with the model of Haywood et al. (2016).

연구 동기 및 목표

• 저항성과 균일한 간섭이 낮은 특성 덕분에 바데의 창을 기준 영역으로 삼아 APOGEE 별 파arameters와 화학 농도를 보정하기 위해.
• 바데의 창에 있는 APOGEE 별의 금속성 분포 함수(MDF)를 유도하고, Gaia-ESO 및 ARGOS와 같은 고해상도 설문 조사와 비교하기 위해.
• CNO 처리와 연령 간의 상관관계를 고려한 마르티그 등(2016)의 방법에 따라 [C/N] 비율을 이용해 별의 연령을 유도하고 은하 중심부의 연령 분포를 평가하기 위해.
• APOGEE 별 파arameters(특히 log g)에 대한 체계적 오프셋을 평가하고, 개별 원소 농도를 문헌 값과 비교하기 위해.
• 잘 연구된 저간섭, 저저항성 영역을 사용하여 APOGEE의 금속성 높은 중심부에서의 성능을 검증하기 위해.

제안 방법

• 바데의 창의 별에 대해 APOGEE DR13 데이터를 사용하고, APOGEE ASPCAP 파이프라인을 적용하여 적산속도, 효율 온도, 표면 중력, 금속성의 값을 결정하였다.
• APOGEE 파이프라인을 사용하여 α- 및 철계 원소(O, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Cr, Mn, Co, Ni)의 개별 원소 농도([X/Fe])를 계산하였다.
• 마르티그 등(2016)의 방법에 따라 [C/N] 비율을 이용해 별의 연령을 유도하였으며, 이는 적색 거성에서 CNO 처리와 연령 간의 상관관계를 반영한다.
• 고해상도 연구(예: 맥컬리번 및 릭, 1994; 풀브라ught 등, 2006; 조크칼리 등, 2006)의 문헌 값과 APOGEE 결과를 비교하였다.
• MDF 및 농도 패턴에서의 일관성을 평가하기 위해 Gaia-ESO 설문 조사(GES)와의 교차 비교를 수행하였다.
• 광학적 표면 중력과 분광적 표면 중력 추정치 간의 체계적 오프셋 원인을 조사하기 위해 TRILEGAL 시뮬레이션을 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 바데의 창에서 APOGEE의 금속성 분포 함수(MDF)는 Gaia-ESO 설문 조사 및 기타 고해상도 연구와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 APOGEE 별 파arameters—특히 표면 중력—에는 문헌 값과 비교해 체계적 오프셋이 존재하는가? 그 원인은 무엇인가?
• RQ3 바데의 창의 별 연령 분포는 [C/N] 비율을 통해 유도되었을 때 어떻게 되며, 이론 모델과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 금속성 범위 -1 < [Fe/H] < +0.5 내에서 APOGEE의 α- 및 철계 원소의 농도 측정치는 고해상도 문헌 값과 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ5 왜 APOGEE는 [Fe/H] > +0.1에서 Gaia-ESO보다 높은 Mg 농도를 보이며, 이는 은하 중심부의 화학 진화에 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• 바데의 창에서 APOGEE 별의 금속성 분포 함수(MDF)는 이중성 분포를 보이며, Gaia-ESO 설문 조사와 매우 우호적인 일치를 보인다.
• APOGEE와 Gaia-ESO의 [Mg/Fe] 대 [Fe/H] 관계는 저-중간 금속성에서 잘 일치하지만, [Fe/H] > +0.1에서 APOGEE는 체계적으로 높은 Mg 농도를 보인다.
• C/N 비율을 기반으로 유도된 별의 연령은 이중성 분포를 보이며, 주로 약 10 Gyr의 고연령 인구와 약 3–4 Gyr의 상당한 젊은 별 인구를 포함한다.
• 광학적 표면 중력과 분광적 표면 중력 추정치 사이에 체계적 오프셋이 관측되었으며, 강한 선형 상관관계를 보이며, 이는 은하 중심부의 본질적 깊이 때문일 가능성이 높다.
• 전반적으로 O, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Cr, Mn, Co, Ni에 대해 APOGEE의 농도는 금속성 범위 -1 < [Fe/H] < +0.5 내에서 문헌 값과 양호한 일치를 보였다.
• APOGEE 데이터의 [K/Fe] 대 [Fe/H] 경향은 α-유사 경향을 보이지만, 금속성 높은 별에서 디스크 별보다 더 높은 [K/Fe]를 보이며, 중심부에서의 별도의 풍화 과정이 존재함을 시사한다.