[論文レビュー] Chemical enrichment and star formation in the Milky Way disk; I. Sample description and chromospheric age-metallicity relation

H. J. Rocha–Pinto, W. J. Maciel+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 15

ひとこと要約

本研究は、552個の後期型矮星のサンプルを用いて、太陽付近における年齢–金属量関係（AMR）を調査した。年齢推定にはクロモスフィア活性度インデックスを、金属量推定にはuvby光度測定を組み合わせた。金属量は15 Gyrにわたり少なくとも0.56 dexの滑らかで一貫した増加を示し、固有分散は0.13 dexであった。これは、先行する分光的調査で報告された高い散乱と対照的であり、特にEdv93サンプルにおける選択バイアスが観測された分散を誇張していた可能性を示唆している。

ABSTRACT

The age-metallicity relation of the solar neighbourhood is studied using a sample of 552 late-type dwarfs. This sample was built from the intersection of photometric catalogues with chromospheric activity surveys of the Mount Wilson group. For these stars, metallicities were estimated from uvby data, and ages were calculated from their chromospheric emission levels using a new metallicity-dependent chromospheric activity-age relation developed by Rocha-Pinto & Maciel (1998). A careful estimate of the errors in the chromospheric age is made. The errors in the chromospheric indices are shown to include partially the effects of the stellar magnetic cycles, although a detailed treatment of this error is still beyond our knowledge. It is shown that the results are not affected by the presence of unresolved binaries in the sample. We derive an age-metallicity relation which confirms the mean trend found by previous workers. The mean metallicity shows a slow, steady increase with time, amounting at least 0.56 dex in 15 Gyr. The initial metallicity of the disk is around -0.70 dex, in agreement with the G dwarf metallicity distribution. According to our data, the intrinsic cosmic dispersion in metal abundances is around 0.13 dex, a factor of two smaller than that found by Edvardsson et al. (1993). We show that chromospheric ages are compatible with isochrone ages, within the expected errors, so that the difference in the scatter cannot be caused by the accuracy of our ages and metallicities. This reinforces some suggestions that the Edvarsson et al.'s sample is not suitable to the determination of the age-metallicity relation.

研究の動機と目的

• 太陽付近における年齢–金属量関係（AMR）を、独立的で大規模な後期型矮星サンプルを用いて再表現すること。
• Edv93分光的サンプルで報告された高い金属量分散が、銀河のディスクの真の特徴であるのか、それともサンプル選択バイアスの結果であるのかを検証すること。
• クロモスフィア活性度が星の年齢指標として信頼できるか、および等時曲線年齢と整合性があるかを評価すること。
• Carraroらが示唆した3–5 Gyrの間で金属量の高い星が不足している現象が、真の特徴であるのか、それともサンプリングバイアスの結果であるのかを調査すること。
• 銀河ディスクの初期金属量を特定し、金属量の固有分散を評価すること。

提案手法

• マウント・ウィルソングループのクロモスフィア活性度調査と光度測定カタログを照合することで、552個の後期型矮星のサンプルを構築した。
• 分光的値に校正されたuvby光度測定を用いて金属量を推定した。
• Rocha-Pinto & Maciel (1998)が提唱した金属量依存の活性度–年齢関係を用いて、クロモスフィア放射インデックスから星の年齢を計算した。
• 星の磁気周期と分解不能連星の影響を考慮した詳細な誤差解析を実施し、年齢推定に顕著な影響がないことを確認した。
• 等時曲線年齢とクロモスフィア年齢を比較することで、手法の妥当性を検証した。期待される不確実性内での良好な一致が得られた。
• 特に距離バイアスと明るく発達した星の優先的サンプリングといった選択効果が、AMRの分散に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Edv93分光的サンプルで観測された高い金属量分散は、銀河ディスクの真の特徴であるのか、それともサンプル選択バイアスの結果であるのか？
• RQ2 クロモスフィア活性度–年齢関係は、特に等時曲線年齢と比較して、後期型矮星の年齢推定に信頼性があり一貫性があるものか？
• RQ3 年齢–金属量関係の固有分散はどの程度で、過去の推定値と比較してどう異なるか？
• RQ4 3–5 Gyrの年齢で金属量の高い星が不足していると見なされる現象は、真の特徴であるのか、それとも観測バイアスの結果であるのか？
• RQ5 クロモスフィア年齢は、金属量の高い星の年齢に関するAMRの不一致を解消できるか？

主な発見

• 年齢–金属量関係は滑らかで一貫した金属量の増加を示し、太陽付近では15 Gyrにわたり少なくとも0.56 dexの上昇が確認された。
• 固有の金属量分散は0.13 dexと推定され、Edv93が報告した0.25 dexよりも顕著に低い。これは、後者の高い散乱がサンプルバイアスに起因している可能性を示唆している。
• 銀河ディスクの初期金属量は約-0.70 dexと推定され、薄いディスク形成以前の金属増加を示している。
• クロモスフィア年齢は、期待される誤差内での等時曲線年齢と整合しており、年齢推定におけるクロモスフィア手法の信頼性を支持している。
• 本研究は、Edv93サンプルにおける潜在的な選択バイアス（距離バイアスや明るく発達した星の優先的選択）を特定し、高い観測分散と3–5 Gyrで金属量の高い星が不足していると見なされる現象が、これらバイアスに起因する可能性を示した。
• 結果として、AMRは化学進化モデルの強固な制約条件であると支持され、Edv93サンプルは系統的なバイアスを含むため、真のAMRを導くには不適切である可能性が示された。