[论文解读] Na-O Anticorrelation and HB. VI. The chemical composition of the peculiar bulge globular cluster NGC 6388

E. Carretta, A. Bragaglia+8 more|CERN Bulletin|Jan 8, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 53被引用 53

一句话总结

本研究对银河系核球中奇特的球状星团NGC 6388中的红巨星首次开展了高分辨率光谱分析，结果显示其金属量均一（[Fe/H] = −0.44 ± 0.01 ± 0.03 dex），无内在弥散；同时表现出强烈的Na-O和Al-Mg反相关关系，并具有增强的α元素和Eu。研究结果支持复杂的化学富集历史，涉及多个星族，质子捕获元素可能源自中等质量的AGB恒星，重元素则表明核心塌缩超新星抛射物被有效保留。

ABSTRACT

We present the LTE abundance analysis of high resolution spectra for red giant stars in the peculiar bulge globular cluster NGC 6388. Spectra of seven members were taken using the UVES spectrograph at the ESO VLT2 and the multiobject FLAMES facility. We exclude any intrinsic metallicity spread in this cluster: on average, [Fe/H]=-0.44+/-0.01+/-0.03 dex on the scale of the present series of papers, where the first error bar refers to individual star-to-star errors and the second is systematic, relative to the cluster. Elements involved in H-burning at high temperatures show large spreads, exceeding the estimated errors in the analysis. In particular, the pairs Na and O, Al and Mg are anticorrelated and Na and Al are correlated among the giants in NGC 6388, the typical pattern observed in all galactic globular clusters studied so far. Stars in NGC 6388 shows an excess of alpha-process elements, similar to the one found in the twin bulge cluster NGC 6441. Mn is found underabundant in NGC 6388, in agreement with the average abundance ratio shown by clusters of any metallicity. Abundances of neutron-capture elements are homogeneously distributed within NGC 6388; the [Eu/Fe] ratio stands above the value found in field stars of similar metallicity.

研究动机与目标

• 确定奇特核球球状星团NGC 6388中红巨星的详细化学成分。
• 研究质子捕获、α、铁峰及中子俘获元素中是否存在内在金属量弥散及丰度异常。
• 阐明该金属丰度较高、具有延伸蓝水平分支的核球星团中观测到的丰度模式的核合成起源。
• 将NGC 6388的化学模式与场星及其它球状星团（特别是NGC 6441）进行比较，以理解富集机制。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台甚大望远镜（ESO VLT）的UVES/FLAMES对NGC 6388中的七颗红巨星获取了高分辨率光谱。
• 对光谱进行局部热动平衡（LTE）丰度分析，以推导O、Na、Al、Mg、α元素（Si、Ca、Ti）、铁峰元素（Sc、V、Cr、Mn、Co、Ni）以及中子俘获元素（Y、Zr、Ba、La、Ce、Eu）的元素丰度。
• 采用Gratton等人（2003a）提供的太阳参考丰度对丰度比进行标定，并对先前文献值进行了修正。
• 分析中考虑了单颗恒星间的误差以及相对于星团平均值的系统不确定性。
• 将数据与场星及其他球状星团进行比较，以评估富集效率及核合成贡献。
• 在恒星演化模型的背景下解释化学模式，特别关注中等质量AGB恒星和大质量恒星在化学富集中的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 6388是否表现出内在金属量弥散，其平均金属量在红巨星中是否均一？
• RQ2 NGC 6388中观测到的Na-O和Al-Mg反相关关系的起源是什么？与其他球状星团相比有何异同？
• RQ3 NGC 6388中增强的α元素和[Eu/Fe]比值是否表明核心塌缩超新星抛射物被有效保留？
• RQ4 为何NGC 6388和NGC 6441在高金属量下仍表现出倾斜的蓝水平分支？这与它们的化学成分有何关联？
• RQ5 NGC 6388的丰度模式在多大程度上支持自富集情景，而非来自大质量恒星或AGB恒星的外部富集？

主要发现

• NGC 6388的平均金属量为[Fe/H] = −0.44 ± 0.01 ± 0.03 dex，七颗分析的红巨星中未发现内在金属量弥散的证据。
• 观测到强烈的Na-O和Al-Mg反相关关系，证实了存在多个星族，且其在氢燃烧区经历了不同的质子捕获过程。
• 与同金属量的场星相比，该星团的α元素丰度过剩，表明核心塌缩超新星抛射物被显著增强地保留。
• 中子俘获元素（Y、Zr、Ba、La、Ce、Eu）在星团内分布均匀，[Eu/Fe] = +0.29 ± 0.08 dex，显著高于同金属量场星的值。
• 高[Eu/Y]比值表明r过程占主导，s过程影响极小，支持r过程富集抛射物被有效保留。
• 化学模式表明，质子捕获元素异常起源于中等质量AGB恒星（4–8 M☉），而α和r过程元素主要源自大质量恒星，并被高效保留。