[论文解读] Lithium and sodium in the globular cluster M4. Detection of a Li-rich dwarf star: preservation or pollution?

L. Monaco, S. Villanova+6 more|Jul 31, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 50被引用 4

一句话总结

本研究利用高分辨率VLT/GIRAFFE光谱对球状星团M4中的91颗主序星和亚巨星支恒星的锂和钠丰度进行了研究。检测到一个较平缓的Li-Na反相关关系，并识别出一颗锂异常丰富的主序星（恒星#37934），其A(Li) = 2.87，表明其可能源于早期恒星世代的污染，而非原始物质的保留，尽管尚无确凿证据能排除后者。

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 and Na content of the GC M 4, that 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 weak Li-Na anti-correlation among un-evolved MS stars. One star in the sample, # 37934, shows the remarkably high lithium abundance A(Li)=2.87, compatible with current estimates of the primordial lithium abundance. Conclusions. The shallow slope found for the Li-Na anti-correlation suggests that lithium is produced in parallel to sodium. This evidence, coupled with its sodium-rich nature, suggests that the high lithium abundance of star # 37934 may originate by pollution from a previous generations of stars. The recent detection of a Li-rich dwarf of pollution origin in the globular cluster NGC 6397 may also point in this direction. Still, no clear cut evidence is available against a possible preservation of the primordial lithium abundance for star # 37934.

研究动机与目标

• 研究球状星团M4中主序星和亚巨星支恒星的锂和钠丰度模式。
• 检验M4中观测到的Li-Na反相关关系是否支持来自前代恒星的污染，而非原始锂的保留。
• 确定恒星#37934中异常高锂丰度（A(Li) = 2.87）的起源。
• 通过分析轻元素的非均匀性，为球状星团中多重恒星种群的广泛争论提供贡献。

提出的方法

• 利用VLT上的FLAMES/GIRAFFE仪器对M4中的91颗恒星获取中等分辨率（R ≈ 17,000–18,700）光谱。
• 使用FLAMES/GIRAFFE数据还原管道（版本2.13）对光谱进行还原，采用标准校准和天光减除。
• 应用模型大气分析测量锂和钠的丰度，同时考虑LTE与NLTE效应。
• 采用线性回归与非参数检验评估Li-Na反相关性的显著性，误差传播同时考虑内部（0.09 dex）与外部（0.15 dex）不确定性。
• 分析聚焦于有效温度>5880 K的恒星，并在参数检验中排除恒星#37934以评估结果的稳健性。
• 通过标准误差估计与等效宽度测量的一致性检查，验证丰度测量的可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在M4的未演化恒星中，锂与钠丰度之间是否存在显著的反相关关系？
• RQ2 恒星#37934中异常高的锂丰度（A(Li) = 2.87）的起源是什么？这是否表明存在污染或原始物质的保留？
• RQ3 Li-Na反相关关系的平缓斜率是否支持在星团化学演化过程中锂与钠的共同生成？
• RQ4 M4第一代恒星中的锂丰度与Spite平台相比如何？这对宇宙学锂问题有何启示？
• RQ5 M4中存在一颗锂丰富的矮星，是否可由前代恒星的污染来解释，且与NGC 6397中的发现一致？

主要发现

• 在M4的未演化主序星和亚巨星支恒星中检测到较平缓的Li-Na反相关关系，斜率为-0.30 ± 0.09（LTE）与-0.22 ± 0.07（NLTE），对应3.1–3.3σ的显著性检测。
• 恒星#37934表现出A(Li) = 2.87的锂丰度，与原始锂丰度相容，且显著高于同类恒星的典型值。
• 恒星#37934的钠富集特性，结合其高锂丰度，表明其可能曾被前代恒星的物质污染。
• 参数检验与非参数检验均证实Li-Na反相关关系的真实性，内部丰度误差估计约为0.09 dex。
• 尚无确凿证据可排除恒星#37934中锂为原始物质的可能性，但其化学特征更支持污染情景。
• 研究结果与近期在其他球状星团（如NGC 6397）中检测到锂丰富的矮星一致，支持此类稀有天体的污染起源。