[论文解读] Differences in the fractions of Be stars in galaxies

A. Maeder, E. K. Grebel+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用 14

一句话总结

本研究发现，与B型星相比，Be星的比例随金属量降低而增加，从银河系的11%上升至大麦哲伦星云（SMC）的39%，表明低金属量环境中恒星自转更快。作者将此现象归因于低Z环境下增强的旋转混合，这一推论得到SMC超巨星中更高氮丰度的佐证，暗示旋转混合可能在早期星系演化中产生原生氮。

ABSTRACT

The number ratios Be/(B+Be) of Be to B-type stars in young, well studied clusters of the Galaxy, the LMC and SMC are examined. In order to disentangle age and metallicity effects we choose clusters in the same age interval and for which reliable photometric and spectroscopic data are available. Number counts are made for various magnitude intervals, and the results are found to be stable with respect to this choice. In the magnitude interval Mv = -5 to -1.4 (i.e. O9 to B3) we obtained a ratio Be/(B+Be) = 0.11, 0.19, 0.23, 0.39 for 21 clusters located in the interior of the Galaxy, the exterior of the Galaxy, the LMC and the SMC, respectively. Various hypotheses for these differences are examined. An interesting possibility is that the average rotation is faster at low metallicities as a result of star formation processes. The much higher relative N-enrichment found by Venn et al. (1998) in A-type supergiants of the SMC, compared to galactic supergiants, also strongly supports the presence of more rotational mixing at low metallicities. We discuss whether high rotational mixing may be the source of primary nitrogen in the early chemical evolution of galaxies.

研究动机与目标

• 调查Be星占B型星的比例是否在不同星系中系统性地随金属量变化。
• 通过分析年龄范围狭窄（log age = 7.00–7.40）的星团，区分年龄与金属量对Be星形成的影响。
• 探讨低金属量环境下Be星比例升高的物理成因，特别是旋转混合的作用。
• 评估低Z环境下增强的旋转混合是否可解释早期星系化学演化中观测到的原生氮富集。

提出的方法

• 从银河系、大麦哲伦星云（LMC）和大麦哲伦星云（SMC）中选取年轻星团（log age = 7.00–7.40），数据来自WEBDA数据库，包含可靠的测光与光谱数据。
• 在M_V = -5至-1.4的视星等范围内（对应O9至B3型光谱类型）统计21个星团中的Be星数量。
• 采用标准光谱判据及Hα发射线识别Be星，确保各数据集间的一致性。
• 比较不同金属量（Z）星系中Be星比例（重点关注SMC，Z ≈ 0.1 Z⊙；LMC，Z ≈ 0.5 Z⊙；银河系，Z ≈ 1.0 Z⊙）。
• 评估旋转恒星的理论模型，包括剪切混合、经圈对流及各向异性质量损失，以解释观测趋势。
• 分析A型超巨星的丰度数据（例如，Venn 1998）以评估氮富集水平，作为旋转混合的间接证据。

实验结果

研究问题

• RQ1 在年轻星团中，Be星相对于B型星的比例是否随金属量降低而增加？
• RQ2 不同星系中Be星比例的差异是否可归因于年龄效应，抑或金属量是主导因素？
• RQ3 是否存在证据表明旋转混合在低金属量环境下更有效，如SMC超巨星中更高的氮富集所暗示？
• RQ4 低Z环境下增强的旋转混合是否可作为早期星系化学演化中观测到的原生氮富集的来源？

主要发现

• 银河系内区的Be/(B+Be)比率为0.11，外区为0.19，LMC为0.23，SMC为0.39，表明该比率随金属量降低而明显上升。
• SMC中Be星比例较高，与A型超巨星中显著增强的氮丰度相关，[N/H]可达银河系的10–20倍。
• SMC超巨星中观测到的氮富集程度超过次级氮生成的预期，表明原生氮可能通过旋转混合产生。
• 数据支持这一假设：低金属量环境中大质量恒星初始自转速度更高，导致更强的混合，从而增加Be星形成率。
• 结果表明，旋转混合可能是早期星系演化中产生原生氮的关键机制，与化学演化模型一致。
• 本研究呼吁对LMC和SMC星团进行v sin i的直接测量，以确认低Z与高速自转之间存在的假设关联。