[논문 리뷰] Open clusters towards the Galactic center: chemistry and dynamics. A VLT spectroscopic study of NGC6192, NGC6404, NGC6583

L. Magrini, S. Randich외 6명|arXiv (Cornell University)|2010. 08. 18.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 66인용 수 43

한 줄 요약

이 연구는 은하 중심에 가까운 세 개의 산개성단(NGC6192, NGC6404, NGC6583)의 10颗의 별에 대해 고해상도 VLT 스펙트로스코피를 제시하며, 그들의 금속성과 원소 농도 비율을 유도한다. 이는 금속성 기울기가 급격히 기울어진 내부 디스크를 확인하며, 은하의 외부 디스크보다 내부 은하에서 화학적 진화가 더 빠르게 일어났음을 지지한다.

ABSTRACT

In the framework of the study of the Galactic metallicity gradient and its time evolution, we present new high-resolution spectroscopic observations obtained with FLAMES and the fiber link to UVES at VLT of three open clusters (OCs) located within $\sim$7~kpc from the Galactic Center (GC): NGC~6192, NGC~6404, NGC~6583. We also present new orbit determination for all OCs with Galactocentric distances (R$_{ m{GC}}) \leq$8~kpc and metallicity from high-resolution spectroscopy. We aim to investigate the slope of the inner disk metallicity gradient as traced by OCs and at discussing its implication on the chemical evolution of our Galaxy. We have derived memberships of a group of evolved stars for each clusters, obtaining a sample of 4, 4, and 2 member stars in NGC~6192, NGC~6404, and NGC~6583, respectively. Using standard LTE analysis we derived stellar parameters and abundance ratios for the iron-peak elements Fe, Ni, Cr, and for the $α$-elements Al, Mg, Si, Ti, Ca. We calculated the orbits of the OCs currently located within 8~kpc from the GC, and discuss their implication on the present-time radial location. {The average metallicities of the three clusters are all oversolar: [Fe/H]= $+0.12\pm0.04$ (NGC~6192), $+0.11\pm0.04$ (NGC 6404), $+0.37\pm0.03$ (NGC 6583). They are in qualitative agreement with their Galactocentric distances, being all internal OCs, and thus expected to be metal richer than the solar neighborhood. The abundance ratios of the other elements over iron [X/Fe] are consistent with solar values. The clusters we have analysed, together with other OC and Cepheid data, confirm a steep gradient in the inner disk, a signature of an evolutionary rate different than in the outer disk.

연구 동기 및 목표

• 은하 중심으로부터 8 kpc 이내의 산개성단을 이용하여 내 은하 디스크의 반경 금속성 기울기를 측정하기 위해.
• 특히 은하 중심 근처에 있는 내 밀라드웨이의 산개성단의 화학 조성과 천체역학적 역사에 대해 조사하기 위해.
• 성단의 금속성과 궤도 파arameters가 은하의 화학적 진화에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 기존 금속성 연구에서 역사적으로 미흡하게 다뤄진 영역의 성단에 대해 고해상도 스펙트로스코픽 데이터를 제공하기 위해.
• 관측된 농도 패턴을 은하 화학적 진화의 이론 모델과 비교하기 위해.

제안 방법

• VLT의 FLAMES 장치에 부착된 UVES 파이버 연결을 이용해 세 개의 산개성단 내 10개의 적색거성에 대해 고해상도 가시광선 스펙트로스코피를 확보하였다.
• 표준 LTE 분석을 수행하여 철(Fe), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg),珪산(Si), 티타늄(Ti), 칼슘(Ca)에 대해 별의 물리적 파arameters(Teff, log g, [Fe/H], [X/Fe])를 유도하였다.
• 속도 및 금속성 일관성에 기반해 성단 소속성을 확인하여 표본의 순도를 확보하였다.
• 바 없음 및 바가 있는 은하 위치장 모델을 사용하여 궤도 파arameters(근은하점, 원은하점, Z_mean, 이심률)를 계산하였다.
• 기존의 시프라이드 및 산개성단 데이터와 성단 데이터를 융합하여 내 디스크 전반의 반경 금속성 기울기를 평가하였다.
• Allen & Santillan 및 n=2 Ferrers 바 모델을 사용하여 궤도 진화를 시뮬레이션하고 성단의 탄생지점을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 산개성단 NGC6192, NGC6404, 그리고 NGC6583의 금속성은 무엇이며, 태양계 근처와 비교해 볼 때 어떻게 다른가?
• RQ2 은하 중심으로부터 8 kpc 이내의 이들 성단과 다른 산개성단을 통해 추적된 내디스크 금속성 기울기의 기울기는 얼마인가?
• RQ3 이 성단들의 궤도 파arameters는 그들의 천체역학적 역사와 현재 은하 디스크 내 위치에 대해 어떤 정보를 제공하는가?
• RQ4 이 성단들에서 관측된 α-원소 및 철계 원소의 농도 비율 [X/Fe]가 태양 값에서 벗어나 있는가? 이는 다른 핵합성 역사를 시사하는가?
• RQ5 관측된 성단 금속성은 특히 내부 디스크에서의 은하 화학적 진화 모델에 어떤 제약을 가하는가?

주요 결과

• NGC6192의 평균 금속성은 [Fe/H] = +0.12 ± 0.04이며, R_GC ≈ 6.5 kpc에 위치한 것과 일치한다.
• NGC6404의 금속성은 [Fe/H] = +0.11 ± 0.04이며, 약 6.8 kpc의 은핵거리와도 일치한다.
• R_GC ≈ 5.9 kpc에 위치한 NGC6583는 더 높은 금속성 [Fe/H] = +0.37 ± 0.03을 보이며, 은하 중심으로 갈수록 금속성이 증가하는 경향을 확인한다.
• α-원소(Al, Mg, Si, Ti, Ca) 및 철계 원소(Fe, Ni, Cr)의 농도 비율 [X/Fe]는 모두 불확도 범위 내에서 태양 값과 일치한다.
• 궤도 계산 결과, 이 세 성단 모두 중간 정도의 이심률(e ≈ 0.1–0.12)을 가지며, 탄생지점에서 크게 이동하지 않은 것으로 나타났다.
• 이 성단 데이터를 기존 시프라이드 및 산개성단 데이터와 융합한 결과, 내 디스크에서 급격한 반경 금속성 기울기가 확인되었으며, 외부 디스크보다 더 기울어진 기울기를 보였다.