[论文解读] Observations of the Hot Horizontal-Branch Stars in the Metal-Rich Bulge Globular Cluster NGC 6388 - Indications of Helium Enrichment and a Lesson in Crowded Field Spectroscopy

S. Moehler, A. V. Sweigart|ArXiv.org|Jun 2, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 30被引用 25

一句话总结

本研究利用中等分辨率VLT光谱对金属丰度丰富的银晕球状星团NGC 6388中的热水平分支（HB）恒星进行研究，以检验氦增丰情景。结果表明，较冷的蓝尾星（Teff ≈ 10,000 K）的表面重力与质量与经典模型及氦污染一致；而较热的蓝尾星（Teff ≥ 12,000 K）则表现出异常偏低的表面重力与质量，可能源于密集场光谱中残留的背景污染，凸显了地面观测对这类系统分析的重大挑战。

ABSTRACT

(abridged) The metal-rich bulge globular cluster NGC6388 shows a distinct blue horizontal-branch tail with a strong upward tilt in its colour-magnitude diagram. Several noncanonical scenarios have been proposed to explain these puzzling observations. In order to test the predictions of these scenarios, we have obtained medium resolution spectra to determine the atmospheric parameters of a sample of the blue HB stars in NGC 6388. Using the medium resolution spectra, we determine effective temperatures, surface gravities and helium abundances by fitting the observed Balmer and helium lines with appropriate theoretical stellar spectra. As we know the distance to the cluster, we can verify our results by determining masses for the stars. During the data reduction we took special care in subtracting the background, which is dominated by the overlapping spectra of cool stars. The physical parameters of the blue HB stars near 10,000 K support the helium pollution scenario. The low gravities and masses found for the hot blue tail stars, however, are probably caused by problems with the data reduction, most likely due to remaining background light in the spectra, which would affect the fainter hot blue tail stars much more strongly than the brighter cool blue tail stars. Our study of the hot blue tail stars in NGC 6388 illustrates the obstacles which are encountered when attempting to determine the atmospheric parameters of hot HB stars in very crowded fields using ground-based observations. We discuss these obstacles and offer possible solutions for future projects.

研究动机与目标

• 检验金属丰度丰富的球状星团NGC 6388中向上倾斜的蓝水平分支（HB）的氦污染情景。
• 利用中等分辨率光谱测定热HB恒星的大气参数（Teff, log g, Y），评估其与理论模型的一致性。
• 研究观测到的HB形态——特别是更蓝、更明亮的恒星——是否能通过非经典演化过程解释。
• 识别并解决在密集场中对热恒星进行光谱分析时的系统性误差，特别是背景污染的影响。
• 评估地面光谱学在测量密集星场中黯淡、热HB恒星物理参数方面的可靠性。

提出的方法

• 利用帕拉纳天文台的VLT获取NGC 6388中15颗热HB恒星的中等分辨率光谱（R ≈ 10,000）（项目编号69.D-0231(A)）。
• 通过建模并去除附近较冷恒星的重叠光谱，仔细进行背景减除，以隔离目标恒星的光。
• 使用具有不同有效温度、表面重力和氦丰度的理论恒星大气模型，拟合观测到的巴尔末线和氦线轮廓。
• 利用等距线演化轨迹和已知的NGC 6388距离，根据推导出的Teff和log g计算恒星质量。
• 将观测到的大气参数与不同氦丰度（Y = 0.43）下ZAHB和后ZAHB演化模型的预测进行比较。
• 通过测试富含金属的模型大气，评估辐射悬浮对元素分布的影响，尽管假设了太阳比例的元素丰度。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 6388中较冷蓝尾星（Teff ≈ 10,000 K）的大气参数是否支持向上倾斜HB的氦污染情景？
• RQ2 为何较热蓝尾星（Teff ≥ 12,000 K）的表面重力和质量显著低于经典模型的预测？
• RQ3 在密集场中残留的背景光和光谱污染在多大程度上影响了对黯淡、热HB恒星光谱参数测定的准确性？
• RQ4 热HB恒星表面重力和质量的差异是否可由辐射悬浮等物理过程或非太阳元素分布解释？
• RQ5 地面光谱学在研究像NGC 6388这样的密集星团中热HB恒星方面存在哪些局限性？需要何种替代观测策略？

主要发现

• 较冷蓝尾星（Teff ≈ 10,000 K）的表面重力与质量与经典模型及理论预测一致，支持氦污染情景。
• 较冷蓝尾星的平均质量与理论预期高度一致，证实其演化状态与观测到的HB形态相符。
• 较热蓝尾星（Teff ≥ 12,000 K）的表面重力显著低于任何理论模型可重现的值，表明数据处理中可能存在系统性误差。
• 这些热恒星的质量也比理论预测低约两倍，进一步表明测量存在问题。
• 该差异最可能由光谱中残留的背景光引起，其对较黯淡的热恒星影响远大于对较明亮的冷恒星。
• 本研究结论认为，当前在密集场中进行的地面光谱学无法可靠测定热HB恒星的大气参数，需更高空间分辨率或紫外测光作为补充。