[论文解读] A standard stellar library for evolutionary synthesis. III. Metallicity calibration

P. Westera, Thierry Lejeune+3 more|ArXiv.org|Oct 25, 2001

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 74被引用 133

一句话总结

本文提出了两种金属丰度校准版本的BaSeL恒星库——'WLBC 99'用于精确的颜色-温度关系，'Padova 2000'用于一致的球状星团颜色-星等图——通过将经验校准与理论等离子体图分离，解决了低金属丰度合成光度学中长期存在的不一致问题。

ABSTRACT

We extend the colour calibration of the widely used BaSeL standard stellar library (Lejeune, Cuisinier, & Buser 1997, 1998) to non-solar metallicities, down to [Fe/H] ~ -2.0 dex. Surprisingly, we find that at the present epoch it is virtually impossible to establish a unique calibration of UBVRIJHKL colours in terms of stellar metallicity [Fe/H] which is consistent simultaneously with both colour-temperature relations and colour-absolute magnitude diagrams (CMDs) based on observed globular cluster photometry data and on published, currently popular standard stellar evolutionary tracks and isochrones. The problem appears to be related to the long-standing incompleteness in our understanding of convection in late-type stellar evolution, but is also due to a serious lack of relevant observational calibration data that would help resolve, or at least further significant progress towards resolving this issue. In view of the most important applications of the BaSeL library, we here propose two different metallicity calibration versions: (1) the "WLBC 99" library, which consistently matches empirical colour-temperature relations and which, therefore, should make an ideal tool for the study of individual stars; and (2), the "PADOVA 2000" library, which provides isochrones from the Padova 2000 grid (Girardi et al., 2000) that successfully reproduce Galactic globular-cluster colour-absolute magnitude diagrams and which thus should prove particularly useful for studies of collective phenomena in stellar populations in clusters and galaxies.

研究动机与目标

• 解决广泛使用的BaSeL 2.2库中缺乏可靠低金属丰度（$[Fe/H] \sim -2.0$）恒星谱能分布（SEDs）的问题。
• 克服在低金属丰度下紫外和红外颜色的系统性偏差，此时合成的球状星团CMD显得过蓝。
• 解决经验颜色-温度关系与观测到的球状星团颜色-星等图（CMD）之间长期存在的不一致性。
• 开发两种不同的校准版本，以满足不同科学需求：单颗恒星研究与恒星群体综合合成。
• 提供一个灵活且可扩展的框架，以便未来在新数据和模型出现时进行改进。

提出的方法

• 收集银河系球状星团（47 Tuc、M5、M3、NGC6397、M92）在$UBVRIJHKL$波段的实测光度数据，用于校准SED。
• 以Ridgway等人（1980年）的颜色-温度关系为参考，确保'WLBC 99'库与观测到的恒星温度一致。
• 使用Padova 2000等离子体图校准'Padova 2000'库，以重现所有金属丰度下球状星团的观测CMD。
• 应用半经验算法（Cuisinier等人，Buser & Kurucz）利用实测的颜色-温度和CMD数据调整理论SED。
• 结合Kurucz、Allard & Hauschildt以及Scholz模型，从9.1 nm到160 μm生成高分辨率、一致的SED。
• 通过将合成颜色和星等与实测数据对比，并评估综合光谱中的残差，对两个库进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可能通过单一金属丰度校准同时重现经验的颜色-温度关系和观测到的球状星团CMD？
• RQ2 为何使用BaSeL 2.2合成的CMD在低金属丰度下显得过蓝，特别是在$U-B$和$V-K$颜色中？
• RQ3 对对流建模的偏差以及观测数据的缺乏在多大程度上限制了当前恒星演化模型？
• RQ4 是否可以开发两种不同的校准版本，以分别服务于单颗恒星与恒星群体的研究目的？
• RQ5 新库在多大程度上能准确重现不同金属丰度下合成恒星群体的综合颜色？

主要发现

• 无法创建一种单一金属丰度校准，使其同时匹配经验的颜色-温度关系和观测到的球状星团CMD。
• 'WLBC 99'库在所有$UBVRIJHKL$颜色中均成功重现了经验的颜色-温度关系，适用于单颗恒星研究。
• 'Padova 2000'库在与Padova 2000等离子体图结合使用时，能准确重现所有金属丰度下球状星团CMD的形态和特征位置。
• 实测与合成颜色之间的残差通常低于0.001星等（高金属丰度群体），紫外波段略有偏差。
• 'Padova 2000'库在所有金属丰度下均完美匹配可见光波段的光谱形状，尽管紫外波段仍存在偏差。
• 这两个库应分别与各自的等离子体图集配合使用，其中'Padova 2000'版本在恒星系统演化合成中尤为有效。