[論文レビュー] The stellar content of the Hamburg/ESO survey. V. The metallicity distribution function of the Galactic halo

T. Schoerck, N. Christlieb+23 more|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 75

ひとこと要約

本研究では、ハムブルグ/ESOサーベイ（HES）から得られた1,638個の金属量が乏しい星を用いて、観測バイアスを補正した銀河のハローにおける金属量分布関数（MDF）を提示する。MDFは[Fe/H] ≈ −3.6で急激に低下しており、これは低質量星形成の臨界金属量がZ_cr = 10⁻³.⁴ Z☉であるモデルでのみ良好に再現される。これは初期星形成における根本的な閾値を示唆する。

ABSTRACT

We determine the metallicity distribution function (MDF) of the Galactic halo by means of a sample of 1638 metal-poor stars selected from the Hamburg/ESO objective-prism survey (HES). The sample was corrected for minor biases introduced by the strategy for spectroscopic follow-up observations of the metal-poor candidates, namely "best and brightest stars first". [...] We determined the selection function of the HES, which must be taken into account for a proper comparison between the HES MDF with MDFs of other stellar populations or those predicted by models of Galactic chemical evolution. The latter show a reasonable agreement with the overall shape of the HES MDF for [Fe/H] > -3.6, but only a model of Salvadori et al. (2007) with a critical metallicity for low-mass star formation of Z_cr = 10^{-3.4} * Z_Sun reproduces the sharp drop at [Fe/H] ~-3.6 present in the HES MDF. [...] A comparison of the MDF of Galactic globular clusters and of dSph satellites to the Galaxy shows qualitative agreement with the halo MDF, derived from the HES, once the selection function of the latter is included. However, statistical tests show that the differences between these are still highly significant. [ABSTRACT ABRIDGED]

研究の動機と目的

• 金属量が乏しい星の大規模で分光的に選択されたサンプルを用いて、銀河ハローの金属量分布関数（MDF）を決定すること。
• HESサーベイにおける「最も明るくよい星から順に分光観測を行う」戦略によって生じる観測バイアスを補正すること。
• 特に低金属量尾根に注目した銀河化学進化理論モデルと観測されたMDFを比較すること。
• サーベイ選択関数を考慮した上で、ハローMDFと球状星団およびdSph衛星のMDFとの整合性を評価すること。
• 観測された[Fe/H] ≈ −3.6におけるMDFの低下の統計的有意性と、初期星形成の閾値への意味を評価すること。

提案手法

• 広域のオプティカル・プリズムサーベイであるハムブルグ/ESOサーベイ（HES）から1,638個の金属量が乏しい星を選択した。
• 中程度分解能分光法（R ≈ 2000）を用いて[Fe/H]値を決定し、高分解能（R > 20,000）の元素分光分析と照合した。
• HESの詳細な選択関数モデルを用いて、明るさおよび色による選択バイアスを補正した。
• 補正済みHES MDFを、さまざまな臨界金属量（Z_cr）を含む銀河化学進化モデルの理論的MDFと比較した。
• 観測されたMDFと予測されたMDFの類似性を統計的に評価するため、コルモゴロフ・スミルノフ（KS）検定を実施した。
• 同様の選択関数補正を施した後、dSphおよび球状星団のMDFとの整合性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HESサンプルから得られたMDFの形状は、観測バイアスを補正した上でどのようになるか？
• RQ2 特に[Fe/H] ≈ −3.6における急激な低下を最もよく再現するのはどの銀河化学進化モデルか？
• RQ3 観測された[Fe/H] < −3.6の星の数とモデル予測との間の乖離は、どの程度有意か？
• RQ4 選択効果を考慮した上で、銀河の球状星団およびdSph衛星のMDFは、ハローMDFとどの程度一致するか？
• RQ5 現在のサンプルから、[Fe/H] ≈ −5.5まで延びる尾根が存在する可能性は示唆されるか？今後の調査でこれを確認するにはどのようなサーベイが必要か？

主な発見

• HES MDFは[Fe/H] ≈ −3.6で急激に低下しており、これは大多数の銀河化学進化モデルでは再現されない。
• Salvadoriら（2007）のモデルで、低質量星形成の臨界金属量がZ_cr = 10⁻³.⁴ Z☉の場合にのみ、観測されたMDFの低下を再現できる。
• 観測された[Fe/H] < −3.6の星の数（2個）は、モデル予測（約10個）よりも顕著に少ない。KS検定の有意確率が低いため、統計的に有意である。
• 選択関数補正を施した後、銀河ハローのMDFはdSphおよび球状星団のMDFと定性的には一致するが、統計的検定では顕著な差異が明らかになった。
• 現在のサンプルには[Fe/H] < −4.2の星は含まれていないが、文献からこの範囲に3個の追加星が知られており、このような星が存在することは示唆される。
• 将来的には、南天のスカイサーベイおよびLAMOSTなどのより深いサーベイが、より大規模で完全かつバイアスのないサンプルを提供し、理論的MDFとしっかり比較できるようになると期待される。