[論文レビュー] Lithium and sodium in the globular cluster M4. A Main Sequence star with Li compatible with the cosmological value: nature or nurture?

L. Monaco, S. Villanova+6 more|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、VLT/Giraffe分光計を用いて、球状星団M4の主系列星および準巨星91顆におけるリチウムおよびナトリウムの元素分画を調査した。浅いLi-Na反相関が検出され、1つの星（番号37934）が、宇宙初期の原始的値と整合するリチウム分画（A(Li) = 2.87）を示しており、原始的リチウムの保存または前身星系の星によって生成された可能性を示唆している。

ABSTRACT

Context. The abundance inhomogeneities of light elements observed in Globular Clusters (GCs), and notably the ubiquitous Na-O anti-correlation, are generally interpreted as evidence that GCs comprise several generations of stars. There is an on-going debate as to the nature of the stars which produce the inhomogeneous elements, and investigating the behavior of several elements is a way to shed new light on this problem. Aims. We aim at investigating the Li-Na anti-correlation in the GC M 4, which is known to have a well defined Na-O anti-correlation. Methods. We obtained moderate resolution (R=17 000-18 700) spectra for 91 main sequence (MS)/sub-giant branch stars of M 4 with the Giraffe spectrograph at the FLAMES/VLT ESO facility. Using model atmospheres analysis we measured lithium and sodium abundances. Results. We detect a well defined Li-Na anti-correlation among un-evolved MS stars, albeit with a shallow slope d(A(Li))/d(A(Na))' −0.2. One star in the sample, # 37934, shows the remarkably high lithium abundance A(Li)=2.87, in good agreement with current estimates of the primordial lithium abundance, and much higher than the Spite plateau. Conclusions. The shallow slope found for the Li-Na anti-correlation suggests that lithium is produced in parallel to sodium. The high lithium abundance of star # 37934 can be interpreted as preservation of the primordial lithium abundance, or as lithium produced by a previous generation of stars. The fact that the star is also sodium-rich favors the latter hypothesis, yet the former cannot be easily

研究の動機と目的

• 球状星団M4におけるLi-Na分画相関を調査すること。M4は強力なNa-O反相関で知られている。
• M4におけるリチウムの不均一性が、ナトリウムおよび酸素の不均一性を生じるプロセスと関連しているかどうかを特定すること。
• 観測されたリチウム分画が、宇宙論的原始的値と一致する星が存在するかどうかを評価すること。
• 極端なリチウム分画の説明として、原始的リチウムの保存と、それ以前の星系による局所的生成のどちらが適切かを区別すること。

提案手法

• VLT/FLAMES施設のGiraffe分光計を用いて、M4の主系列星および準巨星91顆に対して中分解能（R ≈ 17,000–18,700）のスペクトルを取得した。
• モデル大気解析を実施し、観測スペクトルからリチウムおよびナトリウムの分画を導出した。
• 測定されたリチウムおよびナトリウム分画を比較し、Li-Na反相関の有無および勾配を評価した。
• 個々の星のリチウム分画を、宇宙論的原始的リチウム分画（A(Li) ≈ 2.73）およびSpiteプラトー（A(Li) ≈ 2.2）と照合した。
• 分画比および星の運動学的特性を用いて、進化状態および汚染履歴を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M4の主系列星において、リチウムとナトリウムの分画に相関があるか？
• RQ2 Li-Na反相関の勾配は、集団自己汚染中にリチウムとナトリウムが同時に生成されたことを示唆するか？
• RQ3 サンプル内のどの星も、宇宙論的原始的リチウム値と一致するリチウム分画を示すことができるか？
• RQ4 星#37934における高いリチウム分画は、原始的リチウムの保存か、それ以前の星系による局所的生成のどちらによって最も適切に説明されるか？
• RQ5 星#37934がナトリウムに富んでいるという事実は、そのリチウム分画の解釈にどのように影響するか？

主な発見

• M4の主系列星において、浅いLi-Na反相関が検出され、勾配はd(A(Li))/d(A(Na)) ≈ −0.2であった。
• 星#37934は、A(Li) = 2.87のリチウム分画を示しており、現在の宇宙論的原始的リチウム分画推定値と良好に一致している。
• このリチウム分画は、SpiteプラトーのA(Li) ≈ 2.2よりも顕著に高く、非標準的起源を示唆している。
• 星#37934における高いリチウム分画は、原始的リチウムの保存または前身星系の星による生成の両方と整合的である。
• 星#37934がナトリウムに富んでいるという事実は、局所的リチウム生成の仮説を支持するが、原始的リチウムの保存も妥当な代替説である。
• Li-Na反相関の浅い勾配は、リチウム生成がナトリウム生成と並行して起こっている可能性を示唆しており、別個のメカニズムによるものではないことを示唆している。