[论文解读] Multiple stellar populations in Magellanic Clouds clusters. I. An ordinary feature for intermediate age globulars in the LMC?

A. P. Milone, L. R. Bedin+2 more|ArXiv.org|Oct 14, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用 165

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜ACS对16个中等年龄LMC星团的测光数据，表明多重恒星族——通过双峰或展宽的主序星转折点体现——普遍存在，约70%的星团显示出在1.5亿至2.5亿年期间持续或间歇性恒星形成的证据。研究结果支持中等质量AGB污染情景，即多重恒星族在星团环境中通过自污染形成。

ABSTRACT

The discovery of multiple MSs in NGC2808 and Omega Centauri, and multiple SGBs in NGC1851 and NGC6388 has challenged the long-held paradigm that GCs consist of simple stellar populations. This picture has been further complicated by recent studies of the LMC intermediate-age clusters, where the MSTO was found to be bimodal or broadened. We have undertaken a study of archival HST images of LMC and SMC clusters with the aim of measuring the frequency of clusters with evidence of multiple or prolonged star formation events and determining their main properties. In this paper, we analyse the CMD of 16 intermediate-age LMC clusters. We find that 11 clusters show an anomalous spread (or split) in color and magnitude around the MSTO. We demonstrate that the observed feature is unequivocally associated to the clusters and that it is not an artifact due to photometric errors, differential reddening or binaries. We confirm that NGC 1806 and NGC 1846 clearly exhibit two distinct MSTOs and observe, for the first time, a double MSTO in NGC 1751. In these three clusters the population corresponding to the brighter MSTO includes more than two-thirds of cluster stellar population. We confirm the presence of multiple stellar populations in NGC 1783 and suggest that the MSTO of this cluster is formed by two distinct branches. In 7 clusters (ESO057-SC075, HODGE7, NGC1852, NGC1917, NGC1987, NGC2108, and NGC2154) we observed an intrinsic broadening of the MSTO that may suggest that these clusters have experienced a prolonged period of star formation (150-250 Myr). The CMDs of IC2146, NGC1644, NGC1652, NGC1795 and NGC1978 show no evidence of spread or bimodality. In summary 70$\pm$25% of our sample are not consistent with the simple, single stellar population hypotesis.

研究动机与目标

• 利用高精度哈勃空间望远镜测光，研究中等年龄LMC星团中多重恒星族的频率。
• 确定观测到的主序星转折点（MSTO）特征是否由多次恒星形成事件引起，而非观测伪影。
• 评估观测到的颜色-星等图（CMD）异常——如双峰或展宽的MSTO——是否为星团本身的固有特征，而非由差异性消光、测光误差或双星系统引起。
• 量化显示多重恒星族的星团中年龄弥散与各族比例，特别是NGC 1806、NGC 1846和NGC 1751。
• 检验观测到的年龄弥散是否与中等质量AGB污染情景中多重恒星族形成的理论一致。

提出的方法

• 分析档案中哈勃空间望远镜ACS对53个麦哲伦云星团的图像，基于年龄和数据质量，从中选出16个星团进行详细研究。
• 使用Anderson等（2008）的测光还原方法，必要时对差异性消光进行校正。
• 通过人工星测试验证观测到的MSTO弥散并非由测光误差或双星污染引起。
• 将观测CMD与BaSTI等距线进行比较，以推导最佳拟合参数：距离模数、消光、金属丰度和年龄（s）。
• 通过分别对MSTO较亮和较暗部分拟合两条不同的等距线，识别多重MSTO特征，并测量其间的年龄差。
• 利用每个星团周围场星的CMD，确认MSTO异常为星团特异性，而非背景或前景污染所致。

实验结果

研究问题

• RQ1 中等年龄LMC星团中多重恒星族是否普遍，如主序星转折点区域的异常所示？
• RQ2 观测到的双峰或展宽MSTO特征是否可归因于多次恒星形成事件，还是测光或消光的伪影？
• RQ3 从这些星团中观测到的年龄弥散可推断出的恒星形成事件典型持续时间是多少？
• RQ4 在双峰MSTO的星团中，两族恒星的相对比例如何？是否与AGB污染模型的预测一致？
• RQ5 观测到的1.5亿至2.5亿年的年龄弥散在多个星团中是否一致，表明存在共同的形成机制？

主要发现

• 在16个中等年龄LMC星团中，11个（70 ± 25%）显示出多重恒星族的证据，表现为在主序星转折点（MSTO）区域出现异常。
• NGC 1806、NGC 1846和NGC 1751表现出两个截然不同的MSTO，表明至少存在两次主要的恒星形成事件，时间间隔为2亿至2.5亿年。
• 在所有三个具有双峰MSTO的星团中，较亮（较年轻）的恒星族占总恒星质量的三分之二以上，与中等质量AGB污染情景一致。
• NGC 1783的MSTO强烈暗示存在两条紧密间隔、未分辩开的分支，支持M08测光研究中关于多重恒星族的证据。
• 七个星团（ESO057-SC075、HODGE7、NGC 1852、NGC 1917、NGC 1987、NGC 2108、NGC 2154）表现出展宽的MSTO，表明恒星形成事件持续时间长达1.5亿至2.5亿年。
• 人工星测试确认，观测到的MSTO弥散并非由测光误差或双星引起，场星CMD也证实这些特征为星团特异性，且非由差异性消光或背景污染导致。