[论文解读] FORS2/VLT survey of Milky Way globular clusters I. Description of the method for derivation of metal abundances in the optical and application to NGC 6528, NGC 6553, M 71, NGC 6558, NGC 6426 and Terzan 8

Bruno Dias, B. Barbuy+7 more|arXiv (Cornell University)|Sep 15, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 59被引用 16

一句话总结

本研究提出了一种基于 ETOILE 代码和恒星库（MILES 与 Coelho et al. 2005）的稳健全谱段拟合方法，利用中等分辨率（R ~ 2,000）的 VLT/FORS2 光谱，对银河系六个球状星团中的红巨星恒星进行有效温度、重力加速度、金属量、[α/Fe] 和径向速度的星族参数反演。其主要贡献在于首次通过光谱方法测得 NGC 6426 的 [Fe/H] = -2.39 ± 0.04 和 [Mg/Fe] = 0.38 ± 0.06，证实其为贫金属星族，且与场星的演化趋势一致。

ABSTRACT

(abridged) We have observed almost 1/3 of the globular clusters in the Milky Way, targeting distant and/or highly reddened objects, besides a few reference clusters. A large sample of red giant stars was observed with FORS2@VLT/ESO at R ~ 2,000. The method for derivation of stellar parameters is presented with application to six reference clusters. We aim at deriving the stellar parameters effective temperature, gravity, metallicity and alpha-element enhancement, as well as radial velocity, for membership confirmation of individual stars in each cluster. We analyse the spectra collected for the reference globular clusters NGC 6528, NGC 6553, M 71, NGC 6558, NGC 6426 and Terzan 8. They cover the full range of globular cluster metallicities, and are located in the bulge, disc and halo. Full spectrum fitting techniques are applied, by comparing each target spectrum with a stellar library in the optical region at 4560-5860 A. We employed the library of observed spectra MILES, and the synthetic library by Coelho et al. (2005). Validation of the method is achieved through recovery of the known atmospheric parameters for 49 well-studied stars that cover a wide range in the parameter space. We adopted as final stellar parameters (effective temperatures, gravities, metallicities) the average of results using MILES and Coelho et al. libraries. We identified 4 member stars in NGC 6528, 13 in NGC 6553, 10 in M 71, 5 in NGC 6558, 5 in NGC 6426 and 12 in Terzan 8. Radial velocities, Teff, log(g), [Fe/H] and alpha-element enhancements were derived. We derived abundances for NGC 6426 from spectroscopy for the first time. The method proved to be reliable for red giant stars observed with resolution R ~ 2,000, yielding results compatible with high-resolution spectroscopy. The derived alpha-element abundances show [A/Fe] vs. [Fe/H] consistent with that of field stars at the same metallicities.

研究动机与目标

• 开发一种可靠的方法，从球状星团中红巨星的中等分辨率（R ~ 2,000）光学光谱中反演恒星参数——Teff、log g、[Fe/H]、[α/Fe] 和径向速度。
• 通过已知参数的参考恒星（覆盖广泛的温度、重力加速度、金属量和α元素增强范围）验证该方法的可靠性。
• 将该方法应用于涵盖全金属量范围的六个银河系球状星团：NGC 6528、NGC 6553、M 71、NGC 6558、NGC 6426 和 Terzan 8。
• 为先前缺乏高分辨率数据的星团（特别是 NGC 6426 和 Terzan 8）提供精确的单星光谱金属量与α元素丰度。
• 确认不同银河系组分（银晕、银盘、银心）中，[α/Fe] 与 [Fe/H] 关系与场星趋势的一致性。

提出的方法

• 使用 ETOILE 代码进行全谱段拟合，将观测到的 FORS2/VLT 光谱（R ~ 2,000，4560–5860 Å）与恒星库进行比较。
• 采用两个恒星库：观测型的 MILES 库与合成型的 Coelho et al. (2005) 库，最终参数取两者结果的平均值。
• 通过恢复 49 颗参考恒星的已知大气参数（Teff、log g、[Fe/H]、[Mg/Fe]）验证方法可靠性，覆盖范围为 4000 K < Teff < 6000 K，0.0 < log g < 4.0，-2.5 < [Fe/H] < +0.3，-0.2 < [Mg/Fe] < +0.6。
• 对金属丰度较高的星团（如 NGC 6528、NGC 6553）使用 MILES 库，因其为观测数据，对高金属量、高α元素星的覆盖更佳。
• 对金属丰度较低的星团（如 NGC 6426、Terzan 8）使用 Coelho et al. 合成库，因 MILES 库缺乏足够数量的高[α/Fe]星，尤其在 [α/Fe] > 0.4 时。
• 通过互相关与轮廓拟合确定径向速度，用于成员星确认。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否利用中等分辨率（R ~ 2,000）光谱可靠地反演球状星团中红巨星的恒星参数，包括金属量与 [α/Fe]？
• RQ2 MILES 库与 Coelho et al. (2005) 库的反演结果有何差异？在不同金属量区间中，哪一库表现更优？
• RQ3 NGC 6426 尚无基于单星的光谱测量，其精确的径向速度、金属量与α元素丰度为何？
• RQ4 这些星团中反演的 [α/Fe] 丰度是否与同金属量下场星的演化趋势一致？
• RQ5 该方法在不同银河系组分（银心、银盘、银晕）中是否具有鲁棒性？这六个目标星团代表了这些组分。

主要发现

• 该方法成功恢复了 49 颗参考恒星在广泛 Teff、log g、[Fe/H] 和 [Mg/Fe] 范围内的已知恒星参数，验证了其在球状星团研究中的可靠性。
• 对于 NGC 6426，首次基于单星光谱测量得到 [Fe/H] = -2.39 ± 0.04 和 [Mg/Fe] = 0.38 ± 0.06，证实其为贫金属星族。
• NGC 6426 的径向速度为 <v helio> = -242 ± 11 km/s，与银晕位置一致。
• 星团的 [α/Fe] 与 [Fe/H] 关系与同金属量场星观测结果一致，支持其具有共同的化学演化历史。
• 对于金属丰度低且 [α/Fe] 较高的星团，MILES 库提供的结果比 Coelho 库更可靠，后者在 [α/Fe] > 0.4 dex 时存在限制。
• 该方法适用于更大规模的银河系球状星团调查，并在类似分辨率的星系外研究中展现出应用潜力。