[论文解读] Carbon stars in the Local Group

M. A. T. Groenewegen|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2002

Astronomy and Astrophysical Research被引用 3

一句话总结

本文综述了本星系群星系中的碳星群体，利用多波段测光（包括2MASS JHK）推导总辐射通量星等，评估恒星形成与化学演化。研究发现，碳星形成强烈依赖于金属丰度和恒星形成历史：低金属丰度系统中碳星（尤其是AGB型）较少，表明近期恒星形成活动较微弱；光度函数较暗，表明在质量较小的星系中低光度碳星占主导。

ABSTRACT

The current status of carbon stars in the Local Group and beyond, is discussed. Although many carbon stars and late M-stars have been identified in Local Group galaxies, a coherent understanding in terms of the chemical evolution- and star formation history of a galaxy is still largely lacking. Although a few major new surveys have been carried out over the last three years, the observational data is still incomplete in many respects: 1) for some of the larger galaxies only a small fraction in area has been surveyed so far, 2) surveys have been conducted using different techniques, and some of the older surveys are incomplete in bolometric magnitude, 3) only for some galaxies is there information about the late M-star population, or it is sometimes unpublished even when the data is available, 4) not all galaxies in the Local Group have been surveyed, 5) especially for some of the older work insufficient data is available to determine bolometric magnitudes. I have correlated carbon star positions with the 2MASS 2nd incremental data release to obtain $JHK$, and bolometric magnitudes, to remedy this situation in some cases. From the existing observations one can derive the following: the formation of carbon stars is both a function of metallicity and star-formation history. In galaxies with a similar star formation history, there will be relatively more carbon stars formed in the system with the lower metallicity. On the other hand, the scarcity of AGB type carbon stars in some galaxies with the lowest metallicity indicates that these systems have had a low, if any, star-formation over the last few Gyrs.

研究动机与目标

• 评估当前本星系群星系中碳星的观测状况，重点关注数据的完整性和一致性。
• 利用2MASS JHK测光和总辐射通量修正，改进碳星的总辐射通量星等估计。
• 研究碳星群体与星系化学演化及恒星形成历史之间的关系。
• 确定碳星光度函数与C/M比值是否可用于约束矮星系的恒星形成历史。
• 评估碳星作为距离指示器和中等年龄星族示踪器的可靠性。

提出的方法

• 将碳星位置与2MASS第二阶段增量数据释放相关联，以获取JHK星等。
• 应用Costa与Frogel（1996）以及Bessell与Wood（1984）的总辐射通量修正（BCs），推导总辐射通量星等。
• 利用颜色-颜色图（如[78-81] vs. V-I）识别碳星，依据CN与TiO吸收带特征。
• 整合并交叉匹配多个巡天的数据（如大、小麦哲伦云、福尔纳克斯星系、Sgr dSph、NGC 2403、NGC 300），以评估数据完整性。
• 分析不同星系中碳星的光度函数（LF）及C型星与晚期M型星的比值。
• 将观测到的碳星光度函数与C/M比值与Mouhcine与Lançon（2002）的理论模型进行比较，该模型结合了化学演化与AGB演化。

实验结果

研究问题

• RQ1 当前本星系群星系中碳星巡天的完整性和一致性如何？
• RQ2 碳星光度函数与C/M比值在多大程度上反映了星系的恒星形成与化学演化历史？
• RQ3 为何低金属丰度星系中AGB型碳星稀少？这对其近期恒星形成有何启示？
• RQ4 碳星的平均总辐射通量星等能否作为可靠的测距工具？其精度受到哪些限制？
• RQ5 观测偏倚（如测光或选择标准）如何影响对碳星群体的解释？

主要发现

• 在观测较充分的星系中，碳星光度函数（LF）的平均绝对总辐射通量星等位于–4至–5之间，表明存在显著的中等年龄星族。
• 在NGC 2403与NGC 300中，碳星的平均总辐射通量星等显著比其他星系更亮，可能源于巡天不完整，而非本质差异。
• 在更暗淡的星系中，碳星的平均星等更高（更暗），且大量为低光度碳星，表明近期缺乏中等年龄星族。
• 碳星与晚期M型星的比值随金属丰度降低而增加，与理论预期一致：低金属丰度恒星需更少热脉动即可变为碳富集。
• 在固定金属丰度或视觉星等下，C/M比值与碳星光度函数存在显著离散性，限制了其作为精确距离指示器的使用。
• 当假设不同哈伯类型星系的典型恒星形成历史时，Mouhcine与Lançon（2002）的理论模型能成功再现观测到的C/M比值与光度函数趋势，验证了其作为星系演化探针的有效性。