[論文レビュー] The stellar content of the Hamburg/ESO survey VI. The metallicity distribution of main-sequence turnoff stars in the Galactic halo

Huige Li, N. Christlieb+8 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 65被引用数 23

ひとこと要約

本研究は、ハムブルグ/ESOサーベイから選別された617顆の金属劣化主系列の分岐星を用い、シディング・スプリング天文台での追跡分光測定を実施することで、はくちょう銀河のハローにおける金属劣化主系列分岐星の金属量分布関数（MDF）を決定した。サーベイの体積効果を補正した結果、観測されたMDFは[Fe/H] ≈ −3.6で急激に低下しており、分岐星と巨星の低金属量尾部において強い一致を示したが、理論的モデルのいずれも同時にピークと金属量が乏しい特徴を再現できていない。

ABSTRACT

We determine the metallicity distribution function (MDF) of the Galactic halo based on metal-poor main-sequence turnoff-stars (MSTO) which were selected from the Hamburg/ESO objective-prism survey (HES) database. Corresponding follow-up moderateresolution observations (R ~ 2000) of some 682 stars (among which 617 were accepted program stars) were carried out with the 2.3m telescope at the Siding Spring Observatory (SSO). Corrections for the survey volume covered by the sample stars were quantitatively estimated and applied to the observed MDF. The corrections are quite small, when compared with those for a previously studied sample of metal-poor giants. The corrected observational MDF of the turnoff sample was then compared with that of the giants, as well as with a number of theoretical predictions of Galactic chemical evolution, including the mass-loss modified Simple Model. Although the survey-volume corrected MDFs of the metal-poor turnoff and the halo giants notably differ in the region of [Fe/H] > -2.0, below [Fe/H] ~ -2.0, (the region we scientifically focus on most) both MDFs show a sharp drop at [Fe/H] ~ -3.6 and present rather similar distributions in the low-metallicity tail. Theoretical models can fit some parts of the observed MDF, but none is found to simultaneously reproduce the peak as well as the features in the metal-poor region with [Fe/H] between -2.0 to -3.6. Among the tested models only the GAMETE model, when normalized to the tail of the observed MDF below [Fe/H] ~ -3.0, and with Z_{cr} = 10^{-3.4}Z_{\odot}, is able to predict the sharp drop at [Fe/H] ~ -3.6.

研究の動機と目的

• 定義されたサーベイサンプルを用いて、はくちょう銀河のハローにおける金属劣化主系列分岐星の金属量分布を理解すること。
• サーベイ選択効果を補正し、正確な体積補正金属量分布関数（MDF）を導出すること。
• 分岐星のMDFを、以前に研究済みのハロー巨星のMDFと比較し、低金属量領域での一貫性を評価すること。
• 観測されたMDF、特に[Fe/H] ≈ −3.6における急激な低下を再現できるかを検証することを目的とした、銀河化学進化の理論的モデルをテストすること。
• 観測されたMDFが、二重ハロー構造および初期銀河進化における吸収の役割に与える意味を評価すること。

提案手法

• ハムブルグ/ESOのオプティカルプリズムサーベイ（HES）から682顆の金属劣化主系列分岐星を選別し、そのうち617顆をプログラム星として採用した。
• シディング・スプリング天文台の2.3m望遠鏡を用いて、中分解能分光測定（R ≈ 2000）を実施し、星の金属量を測定した。
• サーベイの体積効果を定量的に推定・適用することで、バイアスの少ない体積補正MDFを導出した。
• 分岐星の補正済MDFを、ハロー巨星のMDFおよび銀河化学進化の理論的モデルと比較した。
• 質量損失を考慮したシンプルモデルおよびGAMETEモデルを評価し、臨界金属量Zcrなどのパラメータを調整して観測結果に適合させた。
• KP＋(B−V)0および(J−K)0の色基準を用いることで、金属劣化星の効率的選別が可能となり、極端な人口候補では最大100％の選別効率を達成した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 サーベイ選択効果を補正した後、はくちょう銀河のハローにおける金属劣化主系列分岐星の真の金属量分布関数（MDF）は何か？
• RQ2 分岐星のMDFは、[Fe/H] ≈ −2.0未満の低金属量領域において、以前に研究済みのハロー巨星のMDFとどのように異なるか？
• RQ3 既存の銀河化学進化理論的モデルは、MDFで観測されたピークと[Fe/H] ≈ −3.6付近の急激な低下の両方を同時に再現できるか？
• RQ4 観測されたMDFは、はくちょう銀河ハローの二重ハローモデルにどのような意味を持つのか、特に内側と外側ハロー人口の寄与に関して。
• RQ5 観測されたMDFは、金属劣化星の長い寿命に伴う吸収および星間媒体処理の役割を制約するために利用できるか？

主な発見

• サーベイ体積補正済みMDFは、[Fe/H] ≈ −3.6で急激に低下しており、低金属量尾部においてハロー巨星のMDFと整合的である。
• [Fe/H] > −2.0の領域に差異は見られるが、[Fe/H] ≈ −2.0未満の領域では、分岐星と巨星のMDFは良好に一致しており、特に金属量が乏しい尾部で顕著である。
• テストした銀河化学進化理論的モデルのいずれに対しても、[Fe/H] ≈ −2.5から−3.6の間のピークと金属量が乏しい特徴を同時に再現できていない。
• GAMETEモデルは、低金属量尾部に合わせて正規化し、Zcr = 10−3.4 Z⊙に設定した場合、[Fe/H] ≈ −3.6における急激な低下を最もよく再現した。
• KP＋(B−V)0および(J−K)0の色基準を用いた選別法は、金属劣化分岐星の特定に極めて効率的であり、極端な人口候補では最大100％の選別効率を達成した。
• サンプルに[Fe/H] < −3.6の星が欠落しているため、最も金属量が乏しい理論的モデルとの直接比較が制限されており、今後の深さの高いサーベイ（APOGEEやLAMOSTなど）の必要性が浮き彫りになった。