[论文解读] Detailed chemical composition of Galactic Cepheids. A determination of the Galactic abundance gradient in the 8-12 kpc region

Bertrand Lemasle, P. François+4 more|ArXiv.org|Jan 17, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 42被引用 47

一句话总结

本研究利用欧洲南方天文台1.52米望远镜的FEROS数据，对30颗银河系造父变星进行了铁以及六种轻元素（O、Na、Mg、Al、Si、Ca）的高分辨率光谱丰度测量。在8–12 kpc区域测得银河系径向丰度梯度为-0.061 dex kpc⁻¹，确认了与其它造父变星和疏散星团研究一致的陡峭铁梯度，同时指出与先前B型星示踪剂相比，氧和钠梯度存在差异。

ABSTRACT

The recent introduction of high resolution/large spectral range spectrographs provided the opportunity to investigate in detail the chemical composition of classical Cepheids. This paper is focussed on new abundance determinations for iron and 6 light metals (O, Na, Mg, Al, Si, Ca) in 30 Galactic Cepheids. We also give a new estimate of the Galactic radial abundance gradient. The stellar effective temperatures have been determined using the method of line depth ratios, while the surface gravity and the microturbulent velocity v$_{t}$ by imposing the ionization balance between Fe I and Fe II and the help of the curves of growth. Abundances were calculated with classical LTE atmosphere models. Abundances are obtained with RMS accuracies of the order of 0.05-0.10 dex for Fe, and 0.05-0.20 dex for the other elements. Cepheids in our sample have solar-like abundances and current measurements agree quite-well with previous determinations. We computed ``single zone'' Galactic radial abundance gradients for the 8-12 kpc region and found a slope for iron of -0.061 dex kpc$^{-1}$.

研究动机与目标

• 利用高分辨率光谱学精确测定30颗银河系造父变星中铁及六种轻元素（O、Na、Mg、Al、Si、Ca）的化学丰度。
• 测量8–12 kpc区域的银河系径向丰度梯度，重点关注铁和关键轻元素。
• 将所得丰度梯度与基于不同示踪剂（如B型星、疏散星团、行星状星云）的先前研究进行比较，以评估一致性及梯度可能的演化。
• 鉴于造父变星年龄较轻且亮度较高，评估其作为当前银河系盘面丰度分布示踪器的可靠性。
• 调查先前报道的丰度梯度差异是否源于测量不确定度，或与恒星年龄或径向分布相关的内在差异。

提出的方法

• 通过谱线深度比值确定有效温度，利用Fe I与Fe II的电离平衡确定表面重力和微湍流速度。
• 采用经典局部热动平衡（LTE）大气模型和曲线生长技术，对FEROS光谱仪获取的高分辨率（R ≈ 48,000）光谱进行丰度计算。
• 光谱数据由位于拉西拉的1.52米欧洲南方天文台望远镜获取，波段覆盖370–920 nm，信噪比在40至136之间。
• 采用“单区”模型计算径向丰度梯度，不确定性通过自助重采样法估算。
• 将结果与先前基于造父变星（Andrievsky et al. 2002a）、B型星、疏散星团和HII区的研究进行比较，以评估一致性与差异性。
• 分析同时包括本研究样本及整合Andrievsky et al. (2002a)中造父变星的扩展样本，以增强统计稳健性。

实验结果

研究问题

• RQ1 造父变星示踪的银河系盘面8–12 kpc区域铁的精确径向丰度梯度是多少？
• RQ2 在相同径向范围内，轻元素（O、Na、Mg、Al、Si、Ca）的丰度梯度与铁的梯度相比如何？
• RQ3 基于造父变星得出的丰度梯度是否与基于其他示踪剂（如B型星或疏散星团）得出的结果一致？
• RQ4 先前研究中丰度梯度的差异是否源于测量不确定度，或示踪星族本身的内在差异？
• RQ5 造父变星在多大程度上能作为当前银河系盘面丰度分布的可靠且一致的探测工具？

主要发现

• 在8–12 kpc区域测得铁丰度梯度为-0.061 dex kpc⁻¹，当包含69颗具有均一距离测定的造父变星时，梯度略平缓，为-0.056 dex kpc⁻¹。
• 所测得的铁梯度比Andrievsky et al. (2002a)在多区模型中心区域报告的值更陡峭。
• 氧的梯度为-0.041 ± 0.034 dex kpc⁻¹，比Andrievsky et al. (2002a)报告的-0.022 ± 0.009 dex kpc⁻¹更陡峭，且与Fitzsimmons et al. (1992)和Kilian-Montenbruck et al. (1994)报道的更平缓值不一致。
• 钠的梯度为-0.042 ± 0.029 dex kpc⁻¹，比Andrievsky et al. (2002a)报告的-0.023 ± 0.006 dex kpc⁻¹更陡峭，表明示踪星族或测量系统可能存在潜在差异。
• 硅和钙的梯度与先前研究结果高度一致：Si为-0.031 ± 0.029 dex kpc⁻¹，Ca为-0.014 ± 0.029 dex kpc⁻¹，与Andrievsky et al. (2002a)的结果在不确定度范围内一致。
• 在更宽基线上计算的整体径向梯度为-0.070 ± 0.008 dex kpc⁻¹，与其他使用疏散星团和造父变星的研究结果一致，支持太阳邻近区域存在陡峭梯度。