[论文解读] Abundances of disk and bulge giants from hi-res optical spectra: II. O, Mg, Ca, and Ti in the bulge sample

Henrik Jönsson, N. Ryde+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 12

一句话总结

本研究重新分析了46颗银晕K型巨星的高分辨率光学光谱，以确定O、Mg、Ca和Ti的丰度，并与291颗太阳邻域K型巨星的同质样本进行比较。结果表明，银晕与本地厚盘在[α/Fe]趋势上无明显差异，否定了先前关于[O/Mg]下降以及[α/Fe]与[Fe/H]关系图中“膝点”发生偏移的主张。相反，本研究报告称，在银晕中所有金属度下[O/Mg]保持恒定。

ABSTRACT

Determining elemental abundances of bulge stars can, via chemical evolution modeling, help to understand the formation and evolution of the bulge. Recently there have been claims both for and against the bulge having a different [$α$/Fe] vs. [Fe/H]-trend as compared to the local thick disk possibly meaning a faster, or at least different, formation time scale of the bulge as compared to the local thick disk. We aim to determine the abundances of oxygen, magnesium, calcium, and titanium in a sample of 46 bulge K-giants, 35 of which have been analyzed for oxygen and magnesium in previous works, and compare them to homogeneously determined elemental abundances of a local disk sample of 291 K-giants. We use spectral synthesis to determine both the stellar parameters as well as the elemental abundances of the bulge stars analyzed here. The method is exactly the same as was used for analyzing the comparison sample of 291 local K-giants in Paper I of this series. Compared to the previous analysis of the 35 stars in our sample, we find lower [Mg/Fe] for [Fe/H]>-0.5, and therefore contradict the conclusion about a declining [O/Mg] for increasing [Fe/H]. We instead see a constant [O/Mg] over all the observed [Fe/H] in the bulge. Furthermore, we find no evidence for a different behavior of the alpha-iron trends in the bulge as compared to the local thick disk from our two samples.

研究动机与目标

• 利用高分辨率光学光谱，精确测定46颗银晕K型巨星中O、Mg、Ca和Ti的元素丰度。
• 将这些丰度与291颗经过同质分析的太阳邻域K型巨星的丰度直接比较，以评估银晕与本地厚盘之间的化学差异。
• 解决文献中关于银晕是否表现出与本地厚盘不同的[α/Fe]趋势（尤其是[α/Fe]与[Fe/H]关系图中“膝点”的位置）的争议。
• 使用一致的光谱合成方法，重新评估先前关于银晕中O和Mg丰度的测定结果，特别是Zoccali等（2006）和Lecureur等（2007）的研究。

提出的方法

• 使用位于智利的VLT望远镜上的FLAMES/UVES仪器获取高分辨率光学光谱（R ≈ 25,000）。
• 通过光谱合成方法，匹配观测光谱与合成谱线轮廓，确定恒星大气参数（Teff、log g、[Fe/H]、微 Turbulence）。
• 利用基于模型大气的合成光谱，通过拟合观测谱线，测定O、Mg、Ca和Ti的元素丰度。
• 对银晕和本地盘样本均采用相同的分析流程和模型大气，以确保同质性并最小化系统性差异。
• 在分析中仔细避开了大气吸收特征，特别是在信噪比较低的银晕光谱中，通过选择无谱线区域并使用高信噪比数据。
• 将结果与系列论文第一部分中在相同条件下分析的291颗太阳邻域K型巨星的大型同质样本进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 银晕与本地厚盘相比是否表现出不同的[α/Fe]趋势，特别是在[α/Fe]与[Fe/H]关系图中的“膝点”位置？
• RQ2 当使用一致的方法重新分析时，先前报道的银晕中[Fe/H]增加时[O/Mg]下降的趋势是否仍然成立？
• RQ3 银晕中O、Mg、Ca和Ti的丰度是否表现出与本地厚盘化学演化一致的趋势？
• RQ4 通过使用对K型巨星进行同质化、高分辨率的分析，能否调和早期研究（特别是使用微引力透镜或低分辨率数据的研究）之间的差异？

主要发现

• 对银晕中氧和镁丰度的重新分析显示，[O/Mg]比值在所有金属度下保持恒定，与早期报道的[Fe/H]增加时[O/Mg]下降的趋势相矛盾。
• [Mg/Fe]丰度比在高金属度（[Fe/H] > -0.5）下未表现出升高，这挑战了Lecureur等（2007）关于银晕在高金属度下具有独特高[Mg/Fe]的结论。
• 在银晕与本地厚盘的[α/Fe]与[Fe/H]趋势之间未发现显著差异，表明没有证据显示其形成时标或化学增丰历史不同。
• 银晕中[Ca/Fe]和[Ti/Fe]的趋势与本地厚盘一致，未发现系统性偏移。
• 本研究证实，早期[ Mg/Fe]趋势差异很可能是由于方法学不一致所致，特别是恒星参数和谱线合成的处理方式不同。
• 结果支持银晕与本地厚盘之间存在化学相似性，表明可能存在相同的形成机制，或至少共享相同的化学演化路径。