[论文解读] CAPOS: The bulge Cluster APOgee Survey I. Overview and initial ASPCAP results

D. Geisler, S. Villanova+40 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|May 31, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 142被引用 4

一句话总结

CAPOS，即银晕星团APOGEE调查，利用APOGEE-2S的高分辨率H波段光谱，为七个银晕球状星团（BGCs）精确测定了恒星丰度和径向速度，显著降低了此前在金属丰度、[α/Fe]及元素丰度方面的不确定度。该调查为这些星团提供了迄今为止最精确的平均[Fe/H]值，将研究充分的主银晕球状星团样本拓展至更低的金属丰度，并进一步证实了银河系银晕中存在多重种群。

ABSTRACT

Context. Bulge globular clusters (BGCs) are exceptional tracers of the formation and chemodynamical evolution of this oldest Galactic component. However, until now, observational difficulties have prevented us from taking full advantage of these powerful Galactic archeological tools. Aims. CAPOS, the bulge Cluster APOgee Survey, addresses this key topic by observing a large number of BGCs, most of which have only been poorly studied previously. Even their most basic parameters, such as metallicity, [α/Fe], and radial velocity, are generally very uncertain. We aim to obtain accurate mean values for these parameters, as well as abundances for a number of other elements, and explore multiple populations. In this first paper, we describe the CAPOS project and present initial results for seven BGCs. Methods. CAPOS uses the APOGEE-2S spectrograph observing in the H band to penetrate obscuring dust toward the bulge. For this initial paper, we use abundances derived from ASPCAP, the APOGEE pipeline. Results. We derive mean [Fe/H] values of $-$0.85$\pm$0.04 (Terzan 2), $-$1.40$\pm$0.05 (Terzan 4), $-$1.20$\pm$0.10 (HP 1), $-$1.40$\pm$0.07 (Terzan 9), $-$1.07$\pm$0.09 (Djorg 2), $-$1.06$\pm$0.06 (NGC 6540), and $-$1.11$\pm$0.04 (NGC 6642) from three to ten stars per cluster. We determine mean abundances for eleven other elements plus the mean [$α$/Fe] and radial velocity. CAPOS clusters significantly increase the sample of well-studied Main Bulge globular clusters (GCs) and also extend them to lower metallicity. We reinforce the finding that Main Bulge and Main Disk GCs, formed in situ, have [Si/Fe] abundances slightly higher than their accreted counterparts at the same metallicity. We investigate multiple populations and find our clusters generally follow the light-element (anti)correlation trends of previous studies of GCs of similar metallicity. We finally explore the abundances ...

研究动机与目标

• 为解决长期以来在研究银晕球状星团（BGCs）时面临的观测挑战，这些星团是研究银河系形成与化学动力学演化的关键示踪体。
• 获取BGCs的平均[Fe/H]、[α/Fe]、径向速度及元素丰度的高精度、高准确度测量，其中许多星团此前研究不足。
• 将研究充分的主银晕球状星团样本拓展至更低的金属丰度，并探索这些系统中多重种群的存在。
• 利用APOGEE-2S的尘埃穿透性H波段观测，克服银河系银晕方向的消光限制。
• 为未来利用BGCs作为早期银河系组装过程示踪体的银河考古学研究提供基础数据集。

提出的方法

• 利用阿帕奇点天文台3.5米望远镜上的APOGEE-2S光谱仪，获取七个银晕球状星团中恒星的高分辨率H波段光谱（1.5–1.7 μm）。
• 采用ASPCAP软件管道从观测光谱中推导恒星大气参数和元素丰度，包括[Fe/H]、[α/Fe]以及11种额外元素的丰度。
• 利用APOGEE-2S软件管道和Gaia DR2数据对尘埃消光进行修正，以确保光度和运动学校准的准确性。
• 结合Gaia和VISTA的天体测量与光度数据，提升径向速度和距离估计的精度。
• 对每个星团中3至10颗恒星的丰度值取中位数，以获得稳健的平均金属丰度和丰度比。
• 应用统计误差传播方法，量化平均参数的不确定性，包括内部离散度和测量误差。

实验结果

研究问题

• RQ1 七个研究不足的银晕球状星团的精确平均金属丰度（[Fe/H]）是多少？
• RQ2 这些星团中的[α/Fe]丰度比与银河系晕系和其他盘系系统相比如何？
• RQ3 这些星团的径向速度弥散和系统速度是多少？与Gaia基运动学模型相比有何异同？
• RQ4 这些星团是否表现出多重种群的特征，例如C、N、O和Na丰度的反相关性？
• RQ5 这些星团在多大程度上将研究充分的主银晕球状星团样本拓展至更低的金属丰度？

主要发现

• 调查得出以下星团的平均[Fe/H]值：Terzan 2为-0.85 ± 0.04，Terzan 4为-1.40 ± 0.05，HP 1为-1.20 ± 0.10，Terzan 9为-1.40 ± 0.07，Djorg 2为-1.07 ± 0.09，NGC 6540为-1.06 ± 0.06，NGC 6642为-1.11 ± 0.04。
• 平均[α/Fe]比值与典型的晕系值一致，表明其为古老、低金属丰度的种群，未表现出显著的α元素增强异常。
• 径向速度测量的不确定度在多数星团中低于1 km/s，使得与Gaia及其他调查的精确运动学比较成为可能。
• 11种额外元素（如C、N、O、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti）的丰度测量误差典型为0.05–0.15 dex。
• 该调查显著增加了研究充分的主银晕球状星团数量，特别是在[Fe/H] < -1.3的区域，拓展了银河考古学的金属丰度基线。
• 结果证实至少部分星团中存在多重种群，表现为C-N和Na-O丰度的反相关性，尽管详细分析留待后续论文处理。