[论文解读] Chemical enrichment and star formation in the Milky Way disk; II. Star formation history

H. J. Rocha–Pinto, John Scalo+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 26

一句话总结

本研究利用552颗晚型矮星的色球层年龄，对太阳邻近区域的银河系恒星形成历史（SFH）进行重建，应用了体积、演化及标高修正。研究发现，有98%的置信度支持非恒定的恒星形成，其增强事件分别出现在0–1、2–5和7–9 Gyr前，挑战了恒定SFH的假设。

ABSTRACT

A chromospheric age distribution of 552 late-type dwarfs is transformed into a star formation history by the application of scale height corrections, stellar evolutionary corrections and volume corrections. We show that the disk of our Galaxy has experienced enhanced episodes of star formation at 0-1 Gyr, 2-5 Gyr and 7-9 Gyr ago, although the reality of the latter burst is still uncertain. The star sample birthsites are distributed over a very large range of distances because of orbital diffusion, and so give an estimate of the global star formation rate. These results are compared with the metal-enrichment rate, given by the age-metallicity relation, with the expected epochs of close encounters between our Galaxy and the Magellanic Clouds, and with previous determinations of the star formation history. Simulations are used to examine the age-dependent smearing of the star formation history due to age uncertainties, and the broadening of the recovered features, as well as to measure the probability level that the history derived to be produced by statistical fluctuations of a constant star formation history. We show with more than 98% level of confidence that the the star formation of our Galaxy was not constant.

研究动机与目标

• 确定银河系盘在太阳邻近区域是否经历了恒定或爆发式的恒星形成历史（SFH）。
• 校正恒星年龄分布中的观测偏差，包括体积、演化和标高效应。
• 通过模拟检验观测到的SFH特征相对于恒定SFH的统计显著性。
• 将推导出的SFH与年龄-金属量关系（AMR）、大、小麦哲伦云的遭遇事件及其他独立的SFH估计进行比较。
• 评估年龄测量不确定性和校准不确定性的SFH重建鲁棒性。

提出的方法

• 利用色球层Ca II H和K发射指数推导552颗晚型矮星的年龄，校正色球层活动对测光指数的影响。
• 通过按每颗恒星的d⁻³加权实现体积校正，其中d为恒星仍处于视星等极限（约8.3等）内的最大距离。
• 应用演化校正以考虑恒星离开主序星的现象，并确保年龄估计反映初始形成时间。
• 利用霍尔姆伯格数据导出的恒星标长，实施标高校正，以校正样本中垂直分布偏差。
• 使用蒙特卡洛模拟评估年龄不确定性对SFH平滑化的影响，并计算观测特征由恒定SFH的统计涨落引起的概率。
• 将推导出的SFH与论文I中的年龄-金属量关系（AMR）及外部约束（如大、小麦哲伦云近距离遭遇的时期）进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 银河系在太阳邻近区域的恒星形成历史是否与恒定速率一致，还是存在显著爆发？
• RQ2 观测偏差（体积、演化、标高）如何影响从恒星年龄分布重建恒星形成历史？
• RQ3 观测到的恒星形成特征的统计显著性如何？其由恒定SFH的随机涨落引起的可能性有多大？
• RQ4 推导出的恒星形成历史与观测到的年龄-金属量关系（AMR）之间是否存在相关性？
• RQ5 观测到的SFH特征是否可与过去与大、小麦哲伦云的相互作用相关联？

主要发现

• 恒星形成历史显示出至少三次明显的恒星形成增强事件：分别发生在0–1 Gyr、2–5 Gyr和7–9 Gyr前，其中后者不确定性较大。
• 观测到的SFH特征由恒定SFH的统计涨落引起的概率小于2%，提供超过98%的置信度，表明SFH并非恒定。
• 未发现推导出的恒星形成历史与年龄-金属量关系（AMR）之间存在显著相关性，尽管这可能受限于金属量和年龄测量误差。
• 模拟表明，年龄不确定性会显著模糊SFH，尤其影响对年轻特征（如1–2 Gyr之间的宁静期）的分辨能力。
• 结果与使用不同方法（如颜色-星等图反演）得出的独立SFH估计一致，进一步支持爆发式SFH的存在。
• 鉴于多种独立方法结果的一致性，研究认为更可能的是复杂恒星形成历史，而非复杂的色球层活动-年龄关系。