[論文レビュー] Observations of multiple populations in star clusters

G. Piotto|ArXiv.org|Feb 9, 2009

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 3被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、ハッブル宇宙望遠鏡の光度測光から得られた直接的観測的証拠を提示し、複数の星族が球状星団に存在することを示している。その特徴は、化学組成の変動に関連する明確な主系列と水平枝の分岐である。主な発見は、一部の星団が豊富な物質から形成された星を有することであり、球状星団における単純星族の長年の仮定に挑戦するものである。

ABSTRACT

An increasing number of photometric observations of multiple stellar populations in Galactic globular clusters is seriously challenging the paradigm of GCs hosting single, simple stellar populations. These multiple populations manifest themselves in a split of different evolutionary sequences as observed in the cluster color-magnitude diagrams. Multiple stellar populations have been identified in Galactic and Magellanic Cloud clusters. In this paper we will summarize the observational scenario.

研究の動機と目的

• 高精度の光度測光を用いて、球状星団における複数星族の観測的証拠が増加していることを要約すること。
• 観測された複数の主系列と、星団の星における複雑な化学組成パターン（例：C-N、Na-O反相関）との関連を調査すること。
• これらの発見が、球状星団の星形成歴および化学的進化に与える意味を探ること。
• 観測された現象が、高温水素燃焼を経験した質量の大きなまたは中程度の質量の星による自己増幅シナリオで説明可能かどうかを評価すること。
• 星団質量および動的進化が、観測された複数星族をどのように形作っているかを評価すること。

提案手法

• 高精度な光度測光を実現するため、複数のフィルタ（例：F606W）を用いたHubble Space Telescope（HST）のマルチエポック光度測光の分析。
• 銀河および大・小マゼラン雲の球状星団の高解像度色-等級図（CMD）の構築により、分岐する主系列および水平枝の同定。
• 適切な運動速度選別を用いて、星団メンバーを分離し、CMDにおける背景星の混入を低減すること。
• ヘリウムおよび金属量にばらつきを持つ星族の理論的モデルと、観測されたCMDの形態を比較すること。
• 光度測光の系列と分光的組成パターン（例：Na-O反相関、CN強度）の相関を用い、形態と化学的増幅の関連を結びつけること。
• 星団内での複数主系列成分の空間的分布の統計的分析により、人口比の半径依存性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 球状星団は、色-等級図に明確な分岐を示す複数の星族を有しているか？
• RQ2 観測された複数の主系列と、星団の星に知られている化学組成の異常（例：C-N、Na-O反相関）との関係は何か？
• RQ3 観測された複数星族は、高温水素燃焼を経験した質量の大きなまたは中程度の質量の星による自己増幅によって説明可能か？
• RQ4 なぜ一部の星団では明確な主系列の分岐が観測されるが、他の星団では広がったまたはマルチモーダルな分布となるのか？
• RQ5 初期の世代の星が生成した化学的に処理された物質を、星団の重力場内に保持するメカニズムは何か？

主な発見

• ω CentauriとNGC 2808では、明確な青と赤の主系列が観測され、ω Cenでは3番目の赤みがかった主系列も特定された。
• ω Centauriにおける主系列の分岐は、複数の領域で確認されており、中心部から外縁部にかけて青対赤主系列比が減少している。
• ω Cenに存在する3番目の赤みがかった主系列（主系列星の約5％を占める）は、以前の研究で特定された金属豊富なRGB-a成分に関連している可能性が高い。
• TO-SGB（発展曲線の転送点および準巨星分岐）の分岐は、7つの銀河系球状星団、11の準中年齢LMC星団、および少なくとも1つのSMC星団で観測された。
• 観測された光度測光的系列は、分光的組成パターン（例：Na-O反相関、CN強度の変動）と相関しており、形態と化学的増幅の関連を示している。
• 複数星族の存在は、球状星団が単純星族ではなく、化学的に増幅された星間物質から形成された複数の世代の星を有していることを示しており、従来のSSP仮説に挑戦する。