[论文解读] Baade's window with APOGEE: Metallicities, ages and chemical abundances

M. Schultheis, Á. Rojas-Arriagada+24 more|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 37

一句话总结

本研究利用巴德星场的APOGEE红外光谱数据，推导了银晕恒星的金属丰度、年龄和化学元素丰度。结果确认了金属丰度分布的双峰特征，与文献值高度一致，尽管在高金属丰度时APOGEE显示出系统性更高的镁丰度；同时揭示了年龄分布的双峰特征，包含一个显著的古老恒星种群（约10 Gyr）和相当数量的年轻恒星（约3–4 Gyr）。

ABSTRACT

Baade's window (BW) is one of the most observed Galactic bulge fields in terms of chemical abundances. Due to its low and homogeneous interstellar absorption it is considered as a calibration field for Galactic bulge studies. In the era of large spectroscopic surveys, calibration fields such as BW are necessary to cross calibrate the stellar parameters and individual abundances of the APOGEE survey. We use the APOGEE BW stars to derive their metallicity distribution function (MDF) and individual abundances, for $α$- and iron-peak elements of the APOGEE ASPCAP pipeline (DR13), as well as the age distribution for stars in BW. We determine the MDF of APOGEE stars in BW and find a remarkable agreement with that of the Gaia-ESO survey (GES). Both exhibit a clear bimodal distribution. We also find that the Mg-metallicity planes of both surveys agree well, except for the metal-rich part ([Fe/H] >0.1), where APOGEE finds systematically higher Mg abundances with respect to the GES. The ages based on the [C/N] ratio reveal a bimodal age distribution, with a major old population at 10 Gyr, with a decreasing tail towards younger stars. A comparison between APOGEE estimates and stellar parameters, and those determined by other sources reveals detectable systematic offsets, in particular for spectroscopic surface gravity estimates. In general, we find a good agreement between individual abundances of O, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Cr, Mn, Co, and Ni from APOGEE with that of literature values. We have shown that in general APOGEE data show a good agreement in terms of MDF and individual chemical abundances with respect to literature works. Using the [C/N] ration we found a significant fraction of young stars in BW which is in agreement with the model of Haywood et al. (2016).

研究动机与目标

• 利用巴德星场作为基准场，因其星际消光低且均匀，校准APOGEE恒星参数和化学丰度。
• 确定APOGEE在巴德星场中恒星的金属丰度分布函数（MDF），并与高分辨率巡天（如Gaia-ESO和ARGOS）进行比较。
• 利用[C/N]比值推导恒星年龄，并评估银河系银晕中的年龄分布。
• 评估APOGEE恒星参数（尤其是log g）的系统性偏差，并与文献值比较单个元素的丰度。
• 利用已充分研究且消光低的场，验证APOGEE在金属丰度较高的银晕区域的表现。

提出的方法

• 使用APOGEE DR13数据处理巴德星场中的恒星，通过APOGEE ASPCAP流程确定径向速度、有效温度、表面重力和金属丰度。
• 利用APOGEE流程计算α-族和铁峰元素（O, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Cr, Mn, Co, Ni）的单个元素丰度([X/Fe])。
• 依据Martig等人（2016）的方法，通过[C/N]比值推导恒星年龄，该方法将CNO处理过程与红巨星的年龄相关联。
• 将APOGEE结果与高分辨率研究的文献值（如McWilliam & Rich, 1994；Fulbright et al., 2006；Zoccali et al., 2006）进行比较。
• 与Gaia-ESO巡天（GES）进行交叉比较，评估MDF和丰度模式的一致性。
• 使用TRILEGAL模拟研究光度测量与光谱测量表面重力估计之间系统性偏差的成因。

实验结果

研究问题

• RQ1 APOGEE在巴德星场中的金属丰度分布函数与Gaia-ESO巡天及其他高分辨率研究相比如何？
• RQ2 与文献值相比，APOGEE恒星参数（尤其是表面重力）是否存在系统性偏差？其成因是什么？
• RQ3 基于[C/N]比值推导出的巴德星场恒星年龄分布是怎样的？与理论模型相比如何？
• RQ4 APOGEE在金属丰度范围-1 < [Fe/H] < +0.5内测量的α-族和铁峰元素丰度与高分辨率文献值的一致性如何？
• RQ5 为何在[Fe/H] > +0.1时，APOGEE显示的镁丰度高于Gaia-ESO？这对银晕化学演化有何启示？

主要发现

• APOGEE在巴德星场中恒星的金属丰度分布函数（MDF）呈现双峰分布，与Gaia-ESO巡天结果高度一致。
• APOGEE与Gaia-ESO的[Mg/Fe]与[Fe/H]关系在低至中等金属丰度时吻合良好，但在[Fe/H] > +0.1时，APOGEE系统性地测得更高的镁丰度。
• 基于[C/N]比值推导的恒星年龄揭示了双峰分布，包含一个主导的古老恒星种群（约10 Gyr）和一个显著的年轻成分（约3–4 Gyr）。
• 光度测量与光谱测量的表面重力估计之间存在系统性偏差，二者呈现强烈线性相关，可能源于银河系银晕的固有深度。
• 总体而言，APOGEE在O, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Cr, Mn, Co, Ni等元素的丰度在金属丰度范围-1 < [Fe/H] < +0.5内与文献值高度一致。
• APOGEE数据中[K/Fe]与[Fe/H]的关系呈类似α-族元素的趋势，但金属丰度较高的恒星表现出更高的[K/Fe]，与盘星相比，暗示银晕中存在不同的增丰过程。