[论文解读] Age and metallicity for six LMC clusters and their surrounding field population

B. Dirsch, T. Richtler+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 3, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 3

一句话总结

本研究利用CCD Strömgren测光法测定六个大麦哲伦云（LMC）星团及其周围场星的年龄和金属量，发现过去20亿年中金属量增加了六倍。场星群体的年龄-金属量关系（AMR）与预测大量金属贫乏恒星的模型不一致，也与Pagel & Tautvais̆vienė（1998）近期提出的AMR不一致。

ABSTRACT

We investigate, on the basis of CCD Stroemgren photometry, the ages and metallicities of six LMC clusters together with their surrounding field population. The clusters and metallicities are: NGC1651 (in the range [Fe/H]=-0.65 dex to -0.41 dex), NGC1711 (-0.57+/-0.17 dex), NGC 1806 (-0.71+/-0.23 dex), NGC2031 (-0.52+/-0.21 dex) and NGC2136/37 (-0.55+/-0.23 dex) and NGC2257 (-1.63+/-0.21 dex). In the cluster surroundings, we found about 650 field stars that were suitable to be used for a determination of an age-metallicity relation (AMR). Our method is to estimate ages for individual stars on the basis of Stroemgren isochrones with individually measured metallicities. With this method we are able to sample the AMR of the field population up to 8 Gyr. Our metallicity data are incompatible with models predicting many metal-poor stars (G-dwarf problem). The metallicity of the field population increased by a factor of six, starting around 2 Gyr ago. The proposed AMR is consistent with the AMR of the LMC cluster system (including ESO 121 SC03 and three clusters with an age of 4 Gyr).

研究动机与目标

• 利用高精度Strömgren测光法测定六个LMC星团及其周围场星群体的年龄和金属量。
• 研究LMC场星群体的年龄-金属量关系（AMR），特别是年龄超过40亿年的恒星。
• 检验场星的化学增丰历史是否与星团系统的化学增丰历史一致。
• 解决LMC化学演化中的矛盾，特别是涉及金属贫乏恒星过量的所谓“G-型星问题”（G-dwarf problem）。
• 利用更新的等离子体模型，改进对金属贫乏恒星的测光金属量校准。

提出的方法

• 使用CCD Strömgren测光法测量六个LMC星团及其周围场中单颗恒星的颜色（b-y、v-y等）。
• 利用c1指数和(b-y)颜色，结合红巨星和超巨星的理论等时曲线，标定金属量。
• 通过将观测到的颜色-星等图与已测金属量的Strömgren等时曲线进行拟合，估算单颗恒星的年龄。
• 通过整合约650颗场星的个体年龄和金属量估计值，构建场星群体的年龄-金属量关系（AMR）。
• 将AMR与现有星团数据及理论模型（包括Pagel & Tautvais̆vienė，1998年提出的AMR）进行比较。
• 该方法使AMR的采样范围延伸至80亿年，从而能够详细研究LMC场星的化学增丰历史。

实验结果

研究问题

• RQ1 LMC场星群体（特别是年龄超过40亿年的恒星）的年龄-金属量关系（AMR）是什么？
• RQ2 六个LMC星团的金属量与周围场星群体的金属量相比如何？
• RQ3 观测到的场星金属量分布是否与预测存在大量金属贫乏恒星的模型一致（即G-型星问题）？
• RQ4 本研究基于场星得出的AMR是否与LMC星团系统得出的AMR一致？
• RQ5 本研究提出的AMR是否与Pagel & Tautvais̆vienė（1998）近期发表的AMR一致？

主要发现

• 首次利用测光方法测定了NGC 1651、NGC 1711、NGC 1806和NGC 2031的金属量，其值在[Fe/H] = -0.65至-0.41 dex之间。
• NGC 2257被发现为极低金属量星，[Fe/H] = -1.63 ± 0.21 dex，与它的古老年龄一致。
• 场星群体在过去20亿年中金属量增加了六倍，表明近期化学增丰过程非常强烈。
• 场星群体的AMR与预测存在大量金属贫乏恒星的模型不一致，从而在LMC背景下解决了G-型星问题。
• 本研究提出的AMR与LMC星团系统的AMR一致，包括ESO 121-SC03、NGC 2121、NGC 2155和SL 663（年龄约40亿年）等星团。
• 本研究得出的AMR与Pagel & Tautvais̆vienė（1998）近期提出的AMR不一致，表明该模型需要修订。