[論文レビュー] Chemical evolution of the Galactic bulge as traced by microlensed dwarf and subgiant stars. III. Detection of lithium in the metal-poor bulge dwarf MOA-2010-BLG-285S

T. Bensby, M. Asplund+9 more|Scientific Electronic Library Online (São Paulo Research Foundation, Latin American and Caribbean Center on Health Sciences Information, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico)|Sep 29, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 43被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、重力レンズ効果が発生する際の高分解能分光測定を用いて、天の川銀河のバルジに位置する金属不足の矮星MOA-2010-BLG-285Sで、初めて明確にリチウムが検出された。星のNLTE補正済みリチウム比濃度 log ε(Li) = 2.16 はスプライト plateauと整合しており、バルジの初期進化段階で顕著なリチウム増加がなかったことを示し、リチウム plateauの普遍性が支持される。

ABSTRACT

Context: In order to study the evolution of Li in the Galaxy it is necessary to observe dwarf or subgiant stars. Abridged Although Li has been extensively studied in the Galactic disk and halo, to date there is only one uncertain detection of Li in an unevolved bulge star. AIMS: Our aim with this study is to provide the first clear detection of Li in the Galactic bulge, based on an analysis of a dwarf star that has largely retained its initial Li abundance. METHODS: We have performed a detailed elemental abundance analysis of the bulge dwarf star MOA-2010-BLG-285S using a high-resolution, and high signal-to-noise spectrum obtained with the UVES spectrograph at the VLT when the object was optically magnified during a gravitational microlensing event (visual magnification A~550 during observation). The lithium abundance was determined through synthetic line profile fitting of the 7Li resonance doublet line at 670.8 nm. The results have been corrected for departures from LTE. Results: MOA-2010-BLG-285S is, at [Fe/H]=-1.23, the most metal-poor dwarf star detected so far in the Galactic bulge. Its old age (12.5 Gyr) and enhanced [alpha/Fe] ratios agree well with stars in the thick disk at similar metallicity. This star represents the first unambiguous detection of Li in a metal-poor dwarf star in the Galactic bulge. We find an NLTE corrected Li abundance of log e(Li)=2.16, which is consistent with values derived for Galactic disk and halo dwarf stars at similar metallicities and temperatures. Conclusion: Our results show that there are no signs of Li enrichment or production in the Galactic bulge during its earliest phases. Observations of Li in other galaxies (omega Cen) and other components of the Galaxy suggest further that the Spite plateau is universal.

研究の動機と目的

• 金属不足の矮星が極めて暗いため、従来は測定が不可能であった天の川バルジ領域におけるリチウム比濃度を特定すること。
• 重力レンズ効果によって初期リチウム比濃度を保持したままの金属不足の矮星を用いて、バルジの初期形成段階で顕著なリチウム生成または消失が起きたかどうかを検証すること。
• バルジのリチウム比濃度を、ハローや厚磁盤、他の銀河と比較することで、リチウムスプライト plateauの普遍性を評価すること。
• 特にα元素および鉄族元素の比濃度を分析することで、バルジの化学的進化を解明すること。この分析は、高倍率の重力レンズ効果によって明るくなった星を対象としている。
• 重力レンズ効果を用いて暗いバルジ星の高分解能分光測定を信頼できる方法として確認すること。

提案手法

• 重力レンズ効果によって星の明るさが約550倍に増幅された際、VLTのUVES装置を用いて高分解能・高SN比分光測定が実施された。
• リチウム比濃度は、670.8 nmの7Li共鳴二重線の合成ラインプロファイルフィッティングにより導出され、非局所熱平衡（NLTE）効果の補正が施された。
• 星のパラメータ（有効温度、表面重力、金属量）は、スペクトル解析法および鉄線のイオン化平衡を用いて決定された。
• Y2等時曲線を用いて星の年齢を推定し、最良適合年齢は12.5 ± 3 Gyrであった。
• α元素（例：O, Mg, Si, Ca, Ti）および鉄族元素（Cr, Ni）の比濃度が測定され、厚磁盤およびハロー標準と比較された。
• 理論的リチウム生成・消失モデル（ν過程およびAGB星の寄与を含む）と照らし合わせ、初期段階でのリチウム増加の可能性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 天の川バルジは、ハローや厚磁盤で観測されたスプライト plateauと整合するリチウム比濃度を示すか？
• RQ2 金属不足の矮星を用いて、バルジの初期形成段階で顕著なリチウム生成または消失が起きたと推定できるか？
• RQ3 重力レンズ効果によって明るくされた金属不足のバルジ矮星のリチウム比濃度を、高分解能分光測定を用いて信頼できる方法で測定できるか？
• RQ4 同様の金属量におけるハローおよび厚磁盤と比較して、バルジのリチウム比濃度はどのように異なるか？
• RQ5 リチウムスプライト plateauは、天の川バルジやω Cenのような外部銀河系でも普遍的特徴として存在するか？

主な発見

• MOA-2010-BLG-285Sは、現在までに確認された中で最も金属不足の矮星であり、[Fe/H] = -1.23 である。
• 星の年齢は12.5 ± 3 Gyrであり、[α/Fe]比濃度が0.3〜0.5 dexにまで高く、この金属量における厚磁盤群の特徴と整合している。
• NLTE補正済みのリチウム比濃度は log ε(Li) = 2.16 であり、同様の温度および金属量を持つ金属不足のハローや厚磁盤矮星で観測された値と非常に良好に一致している。
• 星はリチウムスプライト plateauの金属豊富側に位置しており、バルジの初期形成段階で顕著なリチウム増加がなかったことを示している。
• バルジ、ハロー、厚磁盤、およびω Cenにおけるリチウム比濃度の整合性は、リチウムスプライト plateauが銀河化学進化の普遍的特徴であることを示唆している。
• 結果は、[Fe/H] > -1 の段階で、超新星のν過程、炭素星、または大質量AGB星によるリチウム生成がほとんどないことを予測するモデルを支持している。