[论文解读] Comparison between Observed and Theoretical Red Giant Branch Luminosity Functions of Galactic Globular Clusters

M. Zoccali, G. Piotto|arXiv (Cornell University)|May 2, 2000

Atmospheric Ozone and Climate被引用 3

一句话总结

本研究将哈勃空间望远镜（HST）在18个银河系球状星团中测得的红巨星分支（RGB）、亚巨星分支（SGB）和主序星（MS）的光度函数（LFs）与不同金属丰度下的理论模型进行比较。在 [M/H] < -0.7 时，观测与理论LFs高度一致，未发现显著的SGB隆起，通过采用理论零龄水平分支（ZAHB）模型得到的更长距离模数，解决了RGB拐点星等的长期偏差，暗示星团年龄更年轻，且模型一致性得到改善。

ABSTRACT

V-band luminosity functions have been obtained for the upper main-sequence, sub-giant branch and red giant branch of 18 galactic globular clusters from HST data. A comparison with four sets of theoretical models has been performed. In contrast with what was found in several previous works, a Good general agreement has been found between the observed and theoretical LF at any metallicity [M/H]

研究动机与目标

• 通过比较银河系球状星团（GGCs）中RGB、SGB和MS星的观测光度函数（LFs），检验理论恒星演化模型的可靠性。
• 调查长期存在的光度函数异常现象，包括SGB隆起和过量RGB星，这些现象曾被认为挑战理论模型。
• 通过SGB形状与ZAHB模型比较，确定星团年龄与距离，评估不同方法间的一致性。
• 通过评估距离模数的影响，解决观测与理论RGB拐点星等之间的持续偏差。
• 评估光度校正与测光质量对光度函数解释的影响，特别是在金属丰度较高的星团中。

提出的方法

• 从哈勃空间望远镜（HST）对18个银河系球状星团的观测中获取上部主序星、SGB和RGB的高分辨率V波段光度函数（LFs）。
• 将观测LFs与四组理论模型进行比较，包括Straniero等（1997）、Silvestri等（1998）、Girardi等（1999）以及Cassisi等（1999）的模型，覆盖 [M/H] < -0.7 至 > -0.7 的金属丰度范围。
• 利用SGB形状推导星团年龄的上限和相应距离模数的下限，同时考虑测光不确定性和金属丰度误差。
• 通过比较经验绝对星等与理论绝对星等，评估RGB拐点星等偏差，采用来自理论ZAHB模型推导的距离模数进行校正。
• 应用理论ZAHB关系 $ M_V^{ZAHB} = 0.974 + 0.379[\text{M/H}] + 0.062[\text{M/H}]^2 $，推导出一致且更长的距离尺度。
• 评估光度校正在上部RGB区域的作用，特别是在金属丰度较高的星团中，CMD与LF模型不一致的现象。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不同金属丰度下，银河系球状星团中RGB、SGB和MS星的观测光度函数是否与理论模型存在显著偏差？
• RQ2 先前报道的SGB隆起是真实的天体物理特征，还是拥挤场中恒星重叠的产物？
• RQ3 是否存在观测到的RGB星数量相对于MS星的系统性过量，如先前所声称的那样，且在改进的数据与模型下是否依然存在？
• RQ4 为何观测与理论RGB拐点星等之间存在持续的偏移，是否可通过调整距离模数解决？
• RQ5 光度校正与测光质量在多大程度上影响上部RGB光度函数的解释，特别是在金属丰度较高的星团中？

主要发现

• 在全部18个星团中均未观测到统计显著的SGB隆起；先前报道的特征被归因于拥挤区域中恒星重叠。
• 在所有金属丰度下，观测到的MS与RGB星数量比与理论预测高度一致，无过量巨星的证据。
• 上部RGB光度函数在任何金属丰度下均未显示星数显著过量，与早期关于偏差的声称相矛盾。
• 在经验与理论RGB拐点星等之间发现约0.26等的系统性偏移，但当采用Cassisi等（1999）的ZAHB推导距离模数时，该偏移消失。
• 采用理论ZAHB模型得到的更长距离模数后，观测与预测的RGB拐点位置完全一致，支持约130亿年的较年轻年龄标度。
• 从光度函数分析得到的星团距离模数（$ (m-M)_V^{\text{LFs}} $）与Harris星表（$ (m-M)_V^{\text{HARRIS}} $）高度一致，平均偏差为 $-0.01 /pm 0.15$ 等，表明一致性极佳。