[논문 리뷰] Galactic abundance gradients from Cepheids: alpha and heavy elements in the outer disk

B. Lemasle, P. François외 12명|arXiv (Cornell University)|2013. 08. 14.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 5인용 수 47

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 스펙트로스코피와 정밀한 적외선 주기-웨센하이트 거리 측정을 통해 65개의 은하수 펠리드에서 경량, 알파, 무거운 원소의 반경 방향 농도 기울기를 측정한다. 선 리스트의 차이로 인해 외부 디스크에서 Y, Nd, La의 기울기가 급격히 기울어졌음을 확인하며, 태양의 반경을 초월해 기울기가 평탄해지지 않음을 발견하고, 내부 및 외부 디스크 성분 간의 시간에 따라 변화하는 전이 영역을 지지한다.

ABSTRACT

Context: Galactic abundance gradients set strong constraints to chemo-dynamical evolutionary models of the Milky Way. Given the PL relations that provide accurate distances and the large number of spectral lines, Cepheids are excellent tracers of the present-day abundance gradients. Aims: We want to measure the Galactic abundance gradient of several chemical elements. While the slope of the Cepheid iron gradient did not vary much from the very first studies, the gradients of the other elements are not that well constrained. In this paper we focus on the inner and outer regions of the Galactic thin disk. Methods: We use HR spectra (FEROS, ESPADONS, NARVAL) to measure the abundances of several light (Na, Al), alpha (Mg, Si, S, Ca), and heavy elements (Y, Zr, La, Ce, Nd, Eu) in a sample of 65 Milky Way Cepheids. Combining these results with accurate distances from period-Wesenheit relations in the NIR enables us to determine the abundance gradients in the Milky Way. Results: Our results are in good agreement with previous studies on either Cepheids or other tracers. In particular, we confirm an upward shift of approximatively 0.2 dex for the Mg abundances, as has recently been reported. We also confirm the existence of a gradient for all the heavy elements studied in the context of a LTE analysis. However, for Y, Nd, and especially La, we find lower abundances for Cepheids in the outer disk than reported in previous studies, leading to steeper gradients. This effect can be explained by the differences in the line lists used by different groups. Conclusions: Our data do not support a flattening of the gradients in the outer disk, in agreement with recent Cepheid studies and chemo-dynamical simulations. This is in contrast to the open cluster observations but remains compatible with a picture where the transition zone between the inner disk and the outer disk would move outward with time.

연구 동기 및 목표

• 펠리드를 추적자로 사용하여 은하 얇은 디스크에서 핵심 원소(경량, 알파, 무거운 원소)의 반경 방향 농도 기울기를 측정하는 것.
• 이전 연구에서 보고된 무거운 원소 농도 기울기 간의 모순을 해결하는 것, 특히 Y, Nd, La에 대해.
• 외부 디스크에서 농도 기울기가 평탄해지는지 여부를 테스트하는 것, 이는 일부 열린 군집 데이터에서 제기된 바이며, 반면 펠리드 및 시뮬레이션 연구에서는 여전히 급격한 기울기로 유지된다는 주장이 있다.
• 특히 희토류 원소에 대해 원자 선 리스트의 차이가 농도 측정에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 특히 내부-외부 디스크 전이 영역의 시기 및 위치에 대한 업데이트된 제약 조건을 제공하여 은하의 화학-역학적 진화를 평가하는 것.

제안 방법

• 은하수 디스크 전역의 65개 펠리드에 대해 고해상도 스펙트럼(FEROS, ESPADONS, NARVAL)을 확보하여 원소 농도를 측정한다.
• 근적외선 주기-웨센하이트(p-W) 관계를 사용하여 각 펠리드의 정밀한 거리를 유도함으로써 은하 중심 반경을 정확히 결정한다.
• 국소 열역학적 평형(LTE) 분석을 수행하여 스펙트럼선에서 원소 농도를 유도하며, Na, Al, Mg, Si, S, Ca, Y, Zr, La, Ce, Nd, Eu에 초점을 맞춘다.
• 이전 연구와 결과를 비교하여 일관성을 평가하고, 특히 무거운 원소에 대해 모순가를 식별한다.
• 특히 희토류 원소에 대해 원자 선 리스트의 차이가 농도 측정에 미치는 영향을 조사한다.
• 거리 및 농도 불확실성에 따른 오차 전파를 고려하여 선형 회귀를 사용해 반경 방향 농도 기울기를 피팅한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 알파 및 무거운 원소의 반경 방향 농도 기울기가 외부 디스크(R > 10 kpc)에서도 급격히 유지되는가, 아니면 일부 열린 군집 데이터에서 제기된 바와 같이 평탄해지는가?
• RQ2 원자 선 리스트의 차이가 펠리드에서 Y, Nd, La와 같은 무거운 원소의 유도 농도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 펠리드 기반 농도 기울기가 F형 항성, 빨간 클럽 항성, RAVE, APOGEE 등 다른 추적자로부터 유도된 기울기와 얼마나 일치하는가?
• RQ4 내부 및 외부 은하수 디스크 간의 시간에 따라 변화하는 전이 영역에 대한 증거가 있는가, 기울기 평탄화가 없는 것으로 나타난다는 점에서 유추되는 바이다?
• RQ5 비-LTE 효과가 Ba와 같은 무거운 원소의 농도 결정에 어떤 영향을 미치며, 이는 LTE 결과와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 연구는 이전 연구와 일치하는 Luck & Lambert(2011)의 결과에 따라 마그네슘(Mg) 농도가 약 0.2 dex 상승한 것으로 확인한다.
• 요트륨(Y), 네odymium(Nd), 특히 라ン타넘(La)의 경우, 외부 디스크 펠리드의 농도는 이전에 보고된 바보다 낮아지며, 이는 더 급격한 반경 방향 농도 기울기를 초래한다.
• 이 더 급격한 기울기는 내재된 농도 변동이 아니라 이전 연구에서 사용된 원자 선 리스트의 차이로 인한 것으로 기인한다.
• 모든 연구된 원소(알파 및 무거운 원소 포함)의 반경 기울기는 내부 디스크에서 외부 디스크로 지속적인 감소를 보이며, 외부 디스크에서의 평탄화 증거는 없음을 확인한다.
• 이 결과는 Luck 등(2011)과 Luck & Lambert(2011)의 펠리드 연구 및 Minchev 등(2012)의 화학-역학적 시뮬레이션과 양호한 일치를 보인다.
• 내부-외부 디스크 전이 영역이 시간에 따라 외부로 이동하는 모델과 일치하며, Jacobson 등(2011b)의 결과와도 부합한다.