[论文解读] Metal-rich globular clusters in the galactic disk: new age determinations and the relation to halo clusters

M. Salaris, Achim Weiß|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 1998

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 1被引用 14

一句话总结

本文利用更新的 $α$-增强恒星模型，对银河系盘内三个富含金属的球状星团——47 Tuc、M71 和 NGC6352——给出了新的年龄测定，结果显示它们的年龄约为 9.2 Gyr，与最古老的盘内白矮星年龄一致。研究证明这些星团具有类似太阳的氦丰度，且在高金属度下 $α$-增强等龄线对准确预测年龄和距离至关重要，从而解决了与 HIPPARCOS 距离之前存在的差异。

ABSTRACT

New age determinations of the galactic disk globular clusters 47 Tuc, M71 and NGC6352 have been performed with our up-to-date alpha-enhanced stellar models. We find that all three clusters are about 9.2 Gyr old and therefore coeval with the oldest disk white dwarfs. Several arguments are presented which indicate that the initial helium content of the stars populating these clusters is close to the solar one. We also revisit a total of 28 halo clusters, for which we use an updated [Fe/H] scale. This new metallicity scale leads on average to an age reduction of around 0.8 Gyr relative to our previous results. We compare the predicted cluster distances, which result from our dating method, with the most recent distances based on HIPPARCOS parallaxes of local subdwarfs. We further demonstrate that for the most metal-rich clusters scaled-solar isochrones no longer can be used to replace alpha-enhanced ones at the same total metallicity. The implications of the presented age determinations are discussed in the context of the formation history of the Galaxy.

研究动机与目标

• 利用改进的恒星演化模型，精确测定银河系盘内富含金属的球状星团的年龄。
• 评估这些盘内星团的初始氦丰度，并与球状星团晕中的星团进行比较。
• 利用更新的 [Fe/H] 金属度标度重新评估 28 个晕球状星团的年龄。
• 检验通过等龄线拟合预测的距离与 HIPPARCOS 视差数据相比的可靠性。
• 检验在相同总金属度下，缩放太阳的等龄线是否可以替代 $α$-增强等龄线。

提出的方法

• 采用最新版本的 $α$-增强恒星模型，其状态方程（OPAL EOS）和消光处理均得到改进。
• 对 47 Tuc 和 NGC6352 使用 $Δ V$ 年龄指标（ZAHB 到 TO 的星等差），对 M71 使用 $Δ(B-V)$ 指标（TO 到 RGB 基底的颜色差），因后者赫罗图中恒星分布稀疏。
• 使用 Carretta & Gratton (1997) 提供的修订版 [Fe/H] 金属度标度，重新计算 28 个晕球状星团的年龄。
• 计算等龄线时采用与富含金属星团中观测到的元素丰度模式一致的 $α$-增强重元素混合物。
• 将等龄线拟合得到的星团距离预测值，与本地亚巨星的 HIPPARCOS 视差距离进行比较。
• 通过对比 $α$-增强模型与缩放太阳模型在高金属度下的颜色和演化轨迹，评估缩放太阳等龄线的有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 富含金属的盘内球状星团是否与最古老的盘内白矮星共变？这对银河系盘的形成 timescale 有何启示？
• RQ2 富含金属的盘内球状星团的初始氦丰度是多少？与同金属度的晕球状星团有何不同？
• RQ3 与先前估计相比，更新的 [Fe/H] 金属度如何影响晕球状星团的年龄测定？
• RQ4 在相同总金属度下，缩放太阳等龄线能否准确替代 $α$-增强等龄线用于富含金属的星团？
• RQ5 基于等龄线的距离预测与附近亚巨星的 HIPPARCOS 视差测量结果匹配程度如何？

主要发现

• 三个富含金属的盘内球状星团——47 Tuc、M71 和 NGC6352——年龄均约为 9.2 Gyr，表明其与最古老的盘内白矮星共变形成。
• 有强有力的证据表明，这些盘内星团具有类似太阳的初始氦丰度，这与通常推断的同金属度下氦含量较低的晕星团形成鲜明对比。
• 与先前结果相比，更新的 [Fe/H] 标度使 28 个晕球状星团的平均年龄减少了约 0.8 Gyr。
• 对于金属度 $Z > Z_{\odot}/10$ 的富含金属星团，$α$-增强等龄线至关重要，即使在相同总金属度下，也无法用缩放太阳等龄线替代。
• 等龄线拟合预测的距离与 HIPPARCOS 基于视差的距离高度一致，验证了该方法的可靠性。
• 年龄-银河系中心距离关系显示，在 10 kpc 范围内存在约 2.5 Gyr 的年龄弥散（排除异常值），而盘内星团位于该范围的低端，表明其形成时间晚于内晕区域。