[論文レビュー] The NIR Ca II triplet at low metallicity - Searching for extremely low-metallicity stars in classical dwarf galaxies

Else Starkenburg, V. Hill+10 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Feb 15, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 86被引用数 136

ひとこと要約

この論文は、低金属量赤色巨星の金属量を測定するための近赤外線Ca II三重線（CaT）法を再評価し、[Fe/H] = –2未満では標準的な経験的キャリブレーションが破綻することを示している。著者らは、[Fe/H] = –4から–0.5の範囲で有効な非線形キャリブレーションを提示しており、これを古典的矮星族dSphに適用することで、従来の推定よりも極めて金属量が低い星（[Fe/H] ≤ –3）がより多く存在することが示唆され、長年の金属量分布の不一致が解消される。

ABSTRACT

The NIR Ca II triplet absorption lines have proven to be an important tool for quantitative spectroscopy of individual red giant branch stars in the Local Group, providing a better understanding of metallicities of stars in the Milky Way and dwarf galaxies and thereby an opportunity to constrain their chemical evolution processes. An interesting puzzle in this field is the significant lack of extremely metal-poor stars, below [Fe/H]=-3, found in classical dwarf galaxies around the Milky Way using this technique. The question arises whether these stars are really absent, or if the empirical Ca II triplet method used to study these systems is biased in the low-metallicity regime. Here we present results of synthetic spectral analysis of the Ca II triplet, that is focused on a better understanding of spectroscopic measurements of low-metallicity giant stars. Our results start to deviate strongly from the widely-used and linear empirical calibrations at [Fe/H]

研究の動機と目的

• 古典的矮星族dSphにおける極めて金属量が低い星（[Fe/H] ≤ –3）の観測された欠如を、標準的なCa II三重線（CaT）分光法から解消すること。
• 広く用いられているCaTの線形経験的キャリブレーションが低金属量領域でバイアスを生じているかどうかを調査すること。
• [Fe/H] < –2の領域でも正確に機能する、物理的に根拠のあるCaT等価幅の新しいキャリブレーションを導出すること。
• 新キャリブレーションを用いて既存の低分解能データを再分析し、古典的dSphにおける赤色巨星の真の金属量分布を再評価すること。

提案手法

• 金属量（[Fe/H] から –4 から –0.5）の範囲で、詳細なモデル大気と放射線輸送計算を用いたCa II三重線の合成スペクトル解析。
• モデルグリッドから導かれた経験的補正を用いて、Ca II線強度に及ぼす非局所局所平衡（non-LTE）効果を組み込む。
• 新しい非線形キャリブレーション式の開発：[Fe/H] または [Ca/H] = a + b×(絶対等級) + c×EW(2+3) + d×EW(2+3)^–1.5 + e×EW(2+3)×(絶対等級)。ここで、絶対等級は V–V_HB、M_V、または M_I を指す。
• DART調査の高分解能分光データを基準として、新関係式のキャリブレーションを実施。
• 合成CaT線幅比（8542Å/8662Å）を観測値と比較し、明るさおよび金属量への感受性を評価することで、新キャリブレーションの妥当性を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 古典的矮星族dSphに極めて金属量が低い星が観測されないのは、真の事実なのか、それとも誤ったCaTベースの金属量キャリブレーションに起因するアーティファクトなのか？
• RQ2 標準的な線形CaTキャリブレーションは[Fe/H] < –2の領域でどのように機能するのか。その失敗の原因は何か？
• RQ3 合成スペクトルから導出可能な新しい非線形キャリブレーションは、[Fe/H] = –4まで正確に金属量を測定できるのか？
• RQ4 新キャリブレーションを補正した場合、古典的dSphに[Fe/H] ≤ –3の星が実際にどれほど存在するのか？

主な発見

• 広く用いられている線形CaTキャリブレーションは、[Fe/H] < –2の領域で金属量を著しく高めに推定しており、極めて金属量が低い星の数が過小評価されていた。
• 新規の非線形キャリブレーションは、[Fe/H] が –4 から –0.5 の範囲で有効であり、従来の手法よりも高分解能基準データとはるかに良好に一致する。
• [Fe/H] が –2.5 から –0.5 の間で、8542Å/8662Å CaT線幅比の平均は1.27であり、明るさにほとんど依存しないことが確認され、観測データと整合的である。
• 既存の低分解能データに新キャリブレーションを適用した結果、古典的矮星族dSphは従来の推定よりも極めて金属量が低い星を顕著に多く含んでいることが示唆された。
• 新キャリブレーションにより、古典的dSphの金属量分布と銀河ハローの金属量分布との乖離が、特に[Fe/H] ≤ –3の領域で著しく小さくなった。