[论文解读] Chemical abundances in LMC stellar populations I. The Inner disk sample Based on observations collected at the VLT UT2 telescope

L. Pompéia, V. Hill+7 more|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2006

Astronomy and Astrophysical Research被引用 69

一句话总结

本研究利用FLAMES/VLT对大麦哲伦云内盘的59颗红巨星进行了高分辨率光谱丰度分析，揭示其恒星形成历史比银河系太阳邻域更为缓慢。主要发现包括α-元素（Ca、Si、Ti）的丰度不足，Ni、Cr、Co和Cu的丰度耗竭，以及s-过程特征明显：重s-过程元素（Ba、La）增强，而轻s-过程元素（Y、Zr）匮乏，表明Ia型超新星和金属贫乏的AGB恒星在化学演化中起主导作用。

ABSTRACT

The advent of the new class 8 meters telescopes allows for the first time the detailed study of numerous stars of galaxies other than our own. The Large Magellanic Cloud is one of the most interesting targets due to its proximity and its relatively face-on disk, permitting to separate populations pertaining to the different structures of the galaxy. We have used FLAMES (the Fibre Large Array Multi Element Spectrograph) at the VLT-UT2 telescope to obtain spectra of a large sample of stars from the Inner Disk of the LMC, $\sim$2 kpc from the center of the galaxy. We investigate the chemical abundances of iron-peak elements, heavy and light $s$-process elements, Cu, Na, Sc and $α$-elements for a sample of red giant stars. Metallicities for the sample stars range from [Fe/H] = $-$1.76 to $-$0.02. LMC inner disk stars show a definitely different chemical pattern when compared to galactic stars of the same metallicity.

研究动机与目标

• 通过详细的元素丰度分析，理解大麦哲伦云内盘的恒星形成与化学演化历史。
• 将大麦哲伦云红巨星中关键元素（α-元素、s-过程、铁峰元素）的丰度模式与银河系及其他星系进行比较。
• 探究元素的核合成起源，以及II型与Ia型超新星及AGB恒星在化学演化中的相对贡献。
• 评估金属贫乏AGB恒星在大麦哲伦云重s-过程元素富集中的作用。
• 判断大麦哲伦云的化学演化是否与矮椭球星系（dSph）或人马座矮星系相似，鉴于其邻近性与相互作用历史。

提出的方法

• 利用VLT-UT2望远镜上的FLAMES仪器对大麦哲伦云内盘的59颗红巨星获取光谱。
• 采用逐线轮廓拟合与等效宽度测量方法进行LTE丰度分析。
• 采用OSMARCS模型大气与更新的原子谱线列表以实现精确的丰度测定。
• 对α-元素（O、Mg、Si、Ca、Ti）、铁峰元素（Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu）和s-过程元素（Y、Zr、Ba、La）的丰度比[X/Fe]进行推导。
• 在一颗中等金属丰度恒星中测量Eu和Ba的丰度，以区分r-过程与s-过程的贡献。
• 将结果与银河系盘星、大麦哲伦云球状星团及dSph星系进行比较，以推断演化差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 大麦哲伦云内盘中α-元素的丰度比与银河系太阳邻域相比如何？
• RQ2 Ia型与II型超新星在大麦哲伦云内盘化学富集中的相对贡献是什么？
• RQ3 为何大麦哲伦云内盘中轻s-过程元素（Y、Zr）丰度不足，而重s-过程元素（Ba、La）却增强？
• RQ4 大麦哲伦云中铁峰元素（如Ni、Cr、Co、Cu）的丰度与银河系相比如何？这对核合成意味着什么？
• RQ5 大麦哲伦云内盘的丰度模式在多大程度上与dSph星系或人马座矮星系相似，暗示其演化路径的共性？

主要发现

• Ca、Si和Ti的[α/Fe]比值显著低于太阳邻域恒星，大多数[Ca/Fe]值为亚太阳，表明恒星形成历史更为缓慢。
• O/Fe和Mg/Fe比值略显不足，但与银河系分布存在部分重叠，表明α-元素在核合成行为上存在差异。
• Na和Sc的丰度相对于银河系恒星偏低，与Ca、Si和Ti的趋势一致。
• Ni、Cr和Co表现出一致的丰度不足模式，[X/Fe] < 0 dex，而V的丰度与太阳值相当，表明超新星中存在非标准产量。
• 铜强烈耗竭，[Cu/Fe] ≈ -0.70 dex，覆盖所有金属丰度，表明Ia型超新星在铜生成中起主导作用。
• 重s-过程元素（Ba、La）增强，Ba/Fe随金属丰度升高而增加，而轻s-过程元素（Y、Zr）丰度不足，与金属贫乏AGB恒星的强贡献一致。