[論文レビュー] Chemical abundances in LMC stellar populations I. The Inner disk sample Based on observations collected at the VLT UT2 telescope

L. Pompéia, V. Hill+7 more|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2006

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 69

ひとこと要約

本研究では、FLAMES/VLTを用いて大マゼラン雲の内側円盤領域に位置する59個の赤色巨星の高分解能分光的元素比を明らかにした。その結果、太陽系近傍の銀河と比較して、星形成歴が遅いことが示された。主な発見として、Ca、Si、Tiなどのα元素が不足気味であり、Ni、Cr、Co、Cuが欠乏していることが判明。また、Ba、Laといった重いs過程元素は強化されているが、Y、Zrといった軽いs過程元素は不足しており、化学的進化においてIa型超新星と金属不足のAGB星が支配的である可能性を示唆している。

ABSTRACT

The advent of the new class 8 meters telescopes allows for the first time the detailed study of numerous stars of galaxies other than our own. The Large Magellanic Cloud is one of the most interesting targets due to its proximity and its relatively face-on disk, permitting to separate populations pertaining to the different structures of the galaxy. We have used FLAMES (the Fibre Large Array Multi Element Spectrograph) at the VLT-UT2 telescope to obtain spectra of a large sample of stars from the Inner Disk of the LMC, $\sim$2 kpc from the center of the galaxy. We investigate the chemical abundances of iron-peak elements, heavy and light $s$-process elements, Cu, Na, Sc and $α$-elements for a sample of red giant stars. Metallicities for the sample stars range from [Fe/H] = $-$1.76 to $-$0.02. LMC inner disk stars show a definitely different chemical pattern when compared to galactic stars of the same metallicity.

研究の動機と目的

• 詳細な元素比を用いて、LMC内側円盤領域の星形成および化学的進化の歴史を理解すること。
• LMCの赤色巨星と、銀河系および他の銀河における主要元素（α、s過程、鉄族）の比パターンを比較すること。
• 元素の核生成起源を調査し、II型およびIa型超新星、AGB星の相対的寄与を明らかにすること。
• 金属不足のAGB星が、LMCにおける重いs過程元素の豊富化に果たす役割を評価すること。
• LMCの化学的進化が、近接性と相互作用の歴史を考慮すると、dSph銀河やサジタリウスの小銀河と類似しているかどうかを検討すること。

提案手法

• 59個のLMC内側円盤領域の赤色巨星に対して、VLT-UT2望遠鏡のFLAMES装置を用いてスペクトルを取得した。
• 線幅関数の合成と等価幅測定を用いて、局所熱平衡（LTE）における元素比分析を実施した。
• OSMARCSモデル大気と更新された原子線リストを用いて、正確な元素比の決定を行った。
• α元素（O、Mg、Si、Ca、Ti）、鉄族元素（Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu）、s過程元素（Y、Zr、Ba、La）の[ X/Fe ]比を導出した。
• r過程とs過程の寄与を区別するために、1つの中程度金属量の星でEuおよびBaの比を測定した。
• 進化の違いを推論するために、銀河系の円盤領域の星、LMCの球状星団、dSph銀河と結果を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LMC内側円盤領域のα元素比は、銀河系の太陽系近傍と比べてどのように異なるか？
• RQ2 LMC内側円盤領域の化学的豊富化に、Ia型とII型超新星のどちらがより大きな寄与をしているか？
• RQ3 なぜLMC内側円盤領域では、軽いs過程元素（Y、Zr）は不足している一方で、重いs過程元素（Ba、La）は強化されているのか？
• RQ4 Ni、Cr、Co、Cuといった鉄族元素のLMCにおける比は、銀河系と比べてどう異なるか。これは核生成にどのような含意を持つのか？
• RQ5 LMC内側円盤領域の比パターンは、dSph銀河やサジタリウスの小銀河とどれほど類似しているか。これは共通の進化経路を示唆するか？

主な発見

• Ca、Si、Tiの[α/Fe]比は、太陽系近傍の星と比べて顕著に低く、大部分の[Ca/Fe]値が太陽未満である。これは星形成歴が遅いことを示唆している。
• O/FeおよびMg/Fe比はわずかに不足しているが、銀河系の分布と一部重複しており、α元素間で核生成行動が異なる可能性を示している。
• NaおよびScの比は、銀河系の星と比べて不足しており、Ca、Si、Tiと同様の傾向を示している。
• Ni、Cr、Coは一貫した不足パターンを示し、[X/Fe] < 0 dexであるが、Vは太陽値と一致しており、超新星の非標準的生成量を示唆している。
• 銅は強く欠乏しており、全金属量範囲で[Cu/Fe] ≈ -0.70 dexである。これは銅生成にIa型超新星が支配的である可能性を示唆している。
• 重いs過程元素（Ba、La）は強化されており、Ba/Feは金属量が高くなるにつれて増加する。一方、軽いs過程元素（Y、Zr）は不足しており、金属不足のAGB星からの強い寄与と整合的である。