[论文解读] New constraints on the chemical evolution of the solar neighbourhood and Galactic disc(s). Improved astrophysical parameters for the Geneva-Copenhagen Survey

L. Casagrande, Ralph Schönrich+6 more|Scientific Electronic Library Online (São Paulo Research Foundation, Latin American and Caribbean Center on Health Sciences Information, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico)|Mar 23, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 127被引用 452

一句话总结

本研究利用红外通量法获得的改进恒星有效温度，重新校准了日内瓦-洛桑巡天的金属量，结果使温度标度提高约100 K，金属量提高0.1 dex。修正后的数据表明太阳在金属量上现在具有统计代表性，并首次建立了基于测光的[α/Fe]代理指标，揭示了厚盘中存在年龄较老、适度α元素增强的恒星，其金属量可延伸至超太阳值。

ABSTRACT

We present a re-analysis of the Geneva-Copenhagen survey, which benefits from the infrared flux method to improve the accuracy of the derived stellar effective temperatures and uses the latter to build a consistent and improved metallicity scale. Metallicities are calibrated on high-resolution spectroscopy and checked against four open clusters and a moving group, showing excellent consistency. The new temperature and metallicity scales provide a better match to theoretical isochrones, which are used for a Bayesian analysis of stellar ages. With respect to previous analyses, our stars are on average 100 K hotter and 0.1 dex more metal rich, which shift the peak of the metallicity distribution function around the solar value. From Stromgren photometry we are able to derive for the first time a proxy for alpha elements, which enables us to perform a tentative dissection of the chemical thin and thick disc. We find evidence for the latter being composed of an old, mildly but systematically alpha-enhanced population that extends to super solar metallicities, in agreement with spectroscopic studies. Our revision offers the largest existing kinematically unbiased sample of the solar neighbourhood that contains full information on kinematics, metallicities, and ages and thus provides better constraints on the physical processes relevant in the build-up of the Milky Way disc, enabling a better understanding of the Sun in a Galactic context.

研究动机与目标

• 利用红外通量法提高日内瓦-洛桑巡天中恒星有效温度与金属量的准确性。
• 利用高分辨率光谱数据与独立基准（如疏散星团和运动群）重新校准金属量标度。
• 实现对太阳邻域恒星的无动力学偏差、按年龄分层的分析，且所有天体物理参数保持一致。
• 基于斯特罗姆伦测光法推导[α/Fe]的测光代理指标，以探测银河系盘中的化学子结构。
• 通过分析盘星族中运动学、金属量与年龄之间的相关性，检验径向迁移假说。

提出的方法

• 应用红外通量法（IRFM）以获得更精确的有效温度，将系统不确定度降低至约20 K。
• 利用新获得的$T_{\mathrm{eff}}$标度，基于约1500颗恒星的高分辨率光谱数据重新校准金属量。
• 通过四个疏散星团和一个运动群交叉验证金属量标度，使[Fe/H]的内在离散度低于0.10 dex。
• 利用斯特罗姆伦$uvby$测光法推导[α/Fe]的测光代理指标，并以光谱数据进行校准。
• 采用贝叶斯等时曲线拟合方法，结合改进后的参数，推导出一致的年龄、质量与距离。
• 整合运动学、金属量与年龄数据，研究化学-动力学趋势，并检验径向迁移模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 红外通量法获得的改进有效温度如何影响日内瓦-洛桑巡天中的金属量标度与恒星年龄估计？
• RQ2 修正后的金属量标度在多大程度上缓解了年龄-金属量关系与金属量分布函数中的矛盾？
• RQ3 斯特罗姆伦测光能否为F型与G型矮星提供可靠的[α/Fe]丰度代理指标，从而实现对薄盘与厚盘的测光分解？
• RQ4 基于运动学、年龄与金属量之间的相关性，数据为银河系盘中的径向迁移提供了哪些证据？
• RQ5 太阳是否仍为金属量异常的恒星？还是修正后的标度使其落入太阳邻域恒星的典型范围？

主要发现

• 新有效温度标度平均比以往估计高出约100 K，主要归因于红外通量法校准的改进。
• 修正后的金属量标度使样本的平均金属量提高了0.1 dex，金属量分布函数的峰值移至[M/H] ≈ −0.01 dex。
• 太阳现在被发现其金属量具有统计代表性，解决了以往认为太阳金属量偏高的假设。
• 首次成功基于斯特罗姆伦测光法推导出[α/Fe]的测光代理指标，使薄盘与厚盘的初步化学分解成为可能。
• 发现厚盘由年龄较老、适度α元素增强的恒星组成，其金属量可延伸至超太阳值，与光谱研究结果一致。
• 数据表明，随着年龄增长，金属量分布变宽，且在旋转速度-丰度平面中呈现出明显模式，支持盘演化中的径向迁移情景。