[论文解读] An estimate of the time variation of the abundance gradient from planetary nebulae II. Comparison with open clusters, cepheids and young objects

W. J. Maciel, L. G. Lago+1 more|ArXiv.org|Dec 10, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 39被引用 19

一句话总结

本研究通过对比行星状星云、疏散星团、造父变星和年轻天体（OB星、HII区）的数据，调查了银河系盘面中[Fe/H]丰度梯度随时间的演化。利用年龄相关的丰度测量，发现过去80亿年中梯度持续变平，平均变平速率为0.005–0.010 dex kpc⁻¹ Gyr⁻¹，强烈支持具有时间依赖金属丰度产出的自内而外化学演化模型。

ABSTRACT

The temporal behaviour of the radial abundance gradients has important consequences for models of the chemical evolution of the Galaxy. We present a comparison of the time variation of the abundance gradients in the Milky Way disk as determined from a sample of planetary nebulae, open clusters, cepheids and young objects, such as stars in OB associations and HII regions. We conclude that the [Fe/H] gradients as measured in open cluster stars strongly support the time flattening of the abundance gradient as determined from O/H and S/H measurements in planetary nebulae. This conclusion is also supported by the cepheid variables, for which very accurate gradients and ages can be determined, and also by some recent estimates for OB stars and HII regions. It is estimated that the average flattening rate for the last 8 Gyr is in the range 0.005-0.010 dex/kpc/Gyr.

研究动机与目标

• 通过多种恒星和电离气体示踪体，确定银河系盘面径向丰度梯度的时间演化特征。
• 评估观测到的丰度梯度是否支持具有时间依赖金属丰度产出的自内而外盘形成理论模型。
• 通过应用一致的[Fe/H]转换方法，调和不同天体类型（行星状星云、疏散星团、造父变星、年轻天体）之间梯度测量的差异。
• 基于多示踪体的一致性，估算过去80亿年中[Fe/H]梯度平均变平速率。

提出的方法

• 获取并分析了行星状星云、疏散星团、造父变星和年轻天体（OB星 associations、HII区）的高分辨率光谱数据，以推导个体丰度比。
• 基于前期研究的实验标定，将行星状星云中的O/H和S/H丰度转换为[Fe/H]，以实现跨示踪体比较。
• 通过等距线拟合和颜色-星等图分析，为行星状星云的前身星及疏散星团分配年龄。
• 利用造父变星——已知具有精确年龄和距离测定能力——锚定最近的梯度测量结果。
• 整理并比较不同年龄区间的[Fe/H]梯度，以检测随时间变化的变平趋势。
• 应用统计分析估算梯度的平均变平速率，同时考虑所有示踪体的误差范围。

实验结果

研究问题

• RQ1 银河系盘面的径向[Fe/H]丰度梯度是否随时间变平？若是，其变平速率如何？
• RQ2 独立示踪体（行星状星云、疏散星团、造父变星、年轻天体）是否给出一致的丰度梯度时间演化趋势？
• RQ3 观测到的梯度与具有时间依赖金属丰度产出的自内而外盘形成理论模型相比如何？
• RQ4 过去80亿年中[Fe/H]梯度的平均变平速率估计值是多少？
• RQ5 年龄和金属丰度测量中的不确定性在多大程度上影响了对梯度时间演化的推断？

主要发现

• 从疏散星团恒星获得的[Fe/H]梯度与行星状星云中观测到的时间变平趋势高度一致，支持过去80亿年中梯度持续变平。
• 造父变星在年轻年龄（≤1 Gyr）时提供了一个约束良好且更陡的梯度，但仍显示相对于更老天体的变平趋势，证实了该趋势。
• 如OB星及其星协和HII区等年轻天体显示出与整体变平模式一致的梯度，进一步强化了多示踪体的一致性。
• 过去80亿年中，[Fe/H]梯度的平均变平速率估计为0.005–0.010 dex kpc⁻¹ Gyr⁻¹，与自内而外化学演化模型的预测一致。
• 结果与Hou等人（2000）的理论模型一致，该模型假设金属丰度依赖的产出并采用自内而外盘形成机制，但未对银河系历史的前50–60亿年做出任何结论。