[论文解读] Light and Heavy Elements in the Galactic Bulge

F. Matteuccí, D. Romano+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 1998

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 8

一句话总结

本文利用自内而外的星系形成模型研究银河系核球的化学演化，检验初始质量函数（IMF）变化对金属丰度预测的影响。研究发现，顶重的IMF更符合观测到的K型巨星金属丰度，并预测α元素相对于铁的增强，以及与太阳邻域观测相似的锂-金属丰度关系。

ABSTRACT

The chemical evolution of the Galactic bulge is treated here in the context of an inside-out model for the Galaxy formation. We assume that this central region evolved even faster than the Galactic halo and test the effect of changing the slope of the IMF on the predicted stellar metallicity distribution for bulge stars. An IMF favoring the formation of massive stars is found to improve the agreement with the most recently observed metallicity distribution of bulge K giants. Then, we make specific predictions about temporal evolution of several light and heavy species in the Galactic bulge. We predict that alpha-elements should be enhanced relative to Fe for most of the [Fe/H] range, with different degrees of enhancement due to the different nucleosynthetic history of each element, and show that Lithium abundance should follow a trend with metallicity similar to that found for the solar neighbourhood. Several possible stellar Li sources are discussed.

研究动机与目标

• 在自内而外的星系形成模型中理解银河系核球的化学演化。
• 评估不同初始质量函数（IMF）斜率对核球中预测恒星金属丰度的影响。
• 预测轻元素与重元素（特别是α元素和锂）的时间丰度演化趋势。
• 将模型预测与近期关于核球K型巨星金属丰度分布的观测数据进行比较。
• 基于核合成历史，评估可能的核球中锂的恒星来源。

提出的方法

• 采用银河系自内而外的形成模型，其中核球快速且独立于晕形成。
• 通过改变IMF斜率，测试其对核球恒星预测金属丰度分布的影响。
• 利用大质量恒星和AGB恒星的核合成产额，模拟α元素和锂的生成。
• 应用化学演化方程，追踪氧、氖、镁、硅、钙和锂等元素的时间依赖丰度。
• 将模型预测与银河系核球中K型巨星的观测金属丰度进行比较。
• 在化学演化框架内评估不同的锂生成机制，包括散裂反应和恒星来源。

实验结果

研究问题

• RQ1 IMF斜率的选择如何影响核球恒星预测金属丰度分布？
• RQ2 在银河系核球中，α元素相对于铁的增强程度在[Fe/H]范围内如何变化？
• RQ3 核球中锂丰度的预期时间演化趋势是什么？与太阳邻域相比如何？
• RQ4 哪些恒星来源可解释银河系核球中观测到的锂丰度？
• RQ5 具有快速形成核球的自内而外模型在多大程度上能再现当前关于核球金属丰度的观测数据？

主要发现

• 偏好大质量恒星形成的顶重IMF，与银河系核球中K型巨星的观测金属丰度分布更为一致。
• 预测在大多数[Fe/H]范围内，α元素（如O、Ne、Mg、Si、Ca）相对于铁有所增强，其程度因不同的核合成历史而异。
• 核球中锂丰度预计呈现与太阳邻域观测到的相似金属丰度趋势，支持两个区域中锂演化具有共同起源。
• 模型识别出多个潜在的锂来源，包括散裂反应以及低质量与中等质量恒星的贡献，但主要机制仍不明确。
• 预测的丰度模式与当前观测数据一致，尤其在金属贫乏和金属丰富的核球恒星中表现良好。
• 本研究证实银河系核球演化迅速，化学增丰主要由大质量恒星的核心塌缩超新星和AGB恒星在短时间内主导。