[论文解读] A double stellar generation in the Globular Cluster NGC6656 (M 22). Two stellar groups with different iron and s-process element abundance

A. F. Marino, A. P. Milone+5 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用 154

一句话总结

本研究在球状星团 M 22 中识别出双星族，两组恒星表现出不同的铁和 s-过程元素丰度。高分辨率 UVES 与较低分辨率 GIRAFFE 光谱揭示了 0.14 dex 的铁含量弥散，且与 s-过程元素（Y、Zr、Ba）相关，表明两代恒星由化学富集物质形成，第二代恒星由 AGB 恒星风和大质量恒星超新星爆发残骸富集而成。

ABSTRACT

AIMS. In this paper we present the chemical abundance analysis from high resolution UVES spectra of seventeen bright giant stars of the Globular Cluster M~22. RESULTS. We obtained an average iron abundance of [Fe/H]=-1.76\pm0.02 (internal errors only) and an αenhancement of 0.36\pm0.04 (internal errors only). Na and O, and Al and O follow the well known anti-correlation found in many other GCs. We identified two groups of stars with significantly different abundances of the s-process elements Y, Zr and Ba. The relative numbers of the two group members are very similar to the ratio of the stars in the two SGBs of M22 recently found by Piotto (2009). Y and Ba abundances do not correlate with Na, O and Al. The s-element rich stars are also richer in iron and have higher Ca abundances. The results from high resolution spectra have been further confirmed by lower resolution GIRAFFE spectra of fourteen additional M22 stars. GIRAFFE spectra show also that the Eu -- a pure r-process element -- abundance is not related to the iron content. We discuss the chemical abundance pattern of M22 stars in the context of the multiple stellar populations in GC scenario.

研究动机与目标

• 研究球状星团 M 22 中明亮巨星的化学丰度模式，以理解其恒星族复杂性。
• 确定 M 22 中铁与 s-过程元素的变异是否与多代恒星有关。
• 检验 M 22 中观测到的分裂子星族分支（SGB）是否由与 s-过程元素相关的微小但显著的铁丰度弥散引起。
• 考察 AGB 恒星与超新星在分别富集星际介质中 s-过程元素与铁峰元素中的作用。

提出的方法

• 利用高分辨率 UVES 光谱测量 M 22 中 17 颗明亮巨星的铁峰元素、轻元素及 s-过程元素丰度。
• 获取另外 14 颗恒星的低分辨率 GIRAFFE 光谱，以确认 UVES 结果并扩展样本。
• 通过合成光谱拟合与模型大气结构推导丰度比，重点关注谱线列表与大气参数。
• 量化 s-过程元素（Y、Zr、Ba）与铁丰度之间的相关性，以评估金属丰度弥散的存在。
• 将 HST/ACS 数据得到的光度 SGB 形态与光谱丰度模式进行比较，以将化学差异与观测到的颜色-星等序列分裂联系起来。
• 分析 r-过程（Eu）与 α-元素（Ca）的作用，以区分 r-与 s-过程贡献，并约束核合成起源。

实验结果

研究问题

• RQ1 M 22 中恒星的铁丰度是否存在可测量的弥散，且是否与 s-过程元素丰度相关？
• RQ2 M 22 中两条截然不同的子星族分支（SGB）序列是否对应于化学组成不同的两代恒星？
• RQ3 s-过程元素富集的恒星是否也表现出铁和钙的增强？这种增强是否与 AGB 恒星和核心塌缩超新星的污染一致？
• RQ4 M 22 中的铁丰度是否与钠或其他轻元素相关，或是否如原初金属丰度弥散所预期的那样相互独立？
• RQ5 M 22 中观测到的 SGB 分裂是否可由理论模型预测的约 0.14 dex 铁丰度差异解释？

主要发现

• M 22 的平均铁丰度为 [Fe/H] = -1.76 ± 0.02（UVES）和 -1.75 ± 0.02（UVES 与 GIRAFFE 加权均值），确认其为贫金属星团。
• s-过程元素（Y、Zr、Ba）表现出明显的双峰分布，且与 Na、O 或 Al 丰度无相关性。
• s-过程元素富集的恒星铁丰度高出约 0.14 dex，表明金属丰度弥散与 s-过程含量相关。
• s-过程富集的恒星还表现出钙、镁和硅的增强，与核心塌缩超新星污染一致。
• r-过程元素铕（Eu）与铁无相关性，支持铁的增强并非来自 r-过程，而更可能源于核心塌缩超新星。
• M 22 中观测到的 SGB 分裂（F606W 波段分离 0.17 mag）与 0.14 dex 的铁丰度弥散一致，较暗的 SGB 可能由 s-过程富集、金属丰度更高的恒星组成。