[论文解读] Na-O Anticorrelation and HB. IV. Detection of He-rich and He-poor stellar populations in the globular cluster NGC 6218

E. Carretta, A. Bragaglia+10 more|ArXiv.org|Jan 8, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 42被引用 32

一句话总结

本研究利用甚大望远镜上的FLAMES/Giraffe对NGC 6218中的79颗红巨星进行高分辨率光谱观测，检测到钠和氧丰度的双峰分布，表明存在两个具有不同氦含量的恒星族群。首次通过光谱观测证实了富含氦与氦贫乏恒星在红巨星分支跳变点处的亮度存在差异，验证了理论预测，并将化学异常与早期星团形成过程联系起来。

ABSTRACT

We used the multifiber spectrograph FLAMES on the ESO Very Large Telescope UT2 to derive atmospheric parameters, metallicities and abundances of O and Na for 79 red giant stars in the Galactic globular cluster NGC 6218 (M 12). We analyzed stars in the magnitude range from about 1 mag below the bump to the tip of the Red Giant Branch. The average metallicity we derive is [Fe/H]=-1.31+/-0.004+/-0.028 dex (random and systematic errors, respectively), with a very small star-to-star scatter (rms=0.033 dex), from moderately high-resolution Giraffe spectra. This is the first extensive spectroscopic abundance analysis in this cluster. Our results indicate that NGC 6218 is very homogeneous as far as heavy elements are concerned. On the other hand, light elements involved in the well known proton-capture reactions of H-burning at high temperature, such as O and Na, show large variations, anticorrelated with each other, at all luminosities along the red giant branch. The conclusion is that the Na-O anticorrelation must be established in early times at the cluster formation. We interpret the variation of Na found near the RGB-bump as the effect of two distinct populations having different bump luminosities, as predicted for different He content. To our knowledge, NGC 6218 is the first GC where such a signature has been spectroscopically detected, when combined with consistent and homogeneous data obtained for NGC 6752 to gain in statistical significance.

研究动机与目标

• 研究球状星团NGC 6218中是否存在具有不同氦丰度的多重恒星族群。
• 确定红巨星中观测到的Na-O反相关性是否反映了不同恒星世代之间初始氦含量的差异。
• 检验理论模型所预测的、红巨星分支跳变点的亮度随初始氦丰度变化的假设。
• 评估化学异常程度与球状星团轨道参数之间的关联。
• 为具有红水平分支形态的星团提供Na和O丰度的稳健且一致的分析。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台甚大望远镜上的FLAMES仪器进行高分辨率多光纤光谱观测，获取径向速度和大气参数。
• 分析GIRAFFE光谱，推导NGC 6218中79颗红巨星的[Fe/H]、[O/Fe]和[Na/Fe]丰度。
• 利用测光数据确定有效温度和表面重力，用于恒星大气参数校准。
• 比较红巨星分支跳变点之上与之下的恒星的丰度分布，以检测与亮度相关的化学差异。
• 将NGC 6218的数据与NGC 6752的数据结合，以增强检测跳变点亮度差异的统计显著性。
• 对Na-O反相关性及其与轨道参数的相关性进行统计分析，以推断星团形成历史。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 6218中的Na-O反相关性是否表明存在两个初始氦丰度不同的恒星族群？
• RQ2 富含氦与氦贫乏恒星的红巨星分支跳变点亮度是否存在系统性差异？
• RQ3 NGC 6218中观测到的丰度分布能否用初始氦丰度不同的双族群模型解释？
• RQ4 NGC 6218中Na-O反相关性的程度与具有不同轨道参数的其他星团相比如何？
• RQ5 在跳变点亮度处观测到的丰度比值阶梯状特征是否与富含氦和氦贫乏恒星的理论预测一致？

主要发现

• NGC 6218的平均金属丰度为[Fe/H] = -1.31 ± 0.004 ± 0.028 dex，星星之间散差极小（rms = 0.033 dex），表明重元素的化学均一性。
• 在红巨星分支的所有亮度范围内均清晰观测到Na-O反相关性，O贫乏/Na富集与O富集/Na贫乏恒星的比例几乎相等。
• 亮度高于红巨星分支跳变点的恒星系统性地表现出更高的[Na/Fe]和更低的[O/Fe]，表明存在与亮度相关的丰度模式。
• 在跳变点亮度处检测到[Na/Fe]和[O/Fe]分布的显著阶梯状特征，首次提供了富含氦与氦贫乏恒星具有不同跳变点亮度的光谱证据。
• 结合NGC 6752的数据后，观测到的跳变点亮度差异具有统计显著性，证实了存在两个初始氦丰度不同的恒星族群。
• NGC 6218符合轨道参数与化学异常程度之间的相关性，表明轨道倾角更大、周期更长的星团能保留更广泛的化学异常，可能是因为形成期间气体保留更佳。