[论文解读] Observing multiple stellar populations with FORS2@VLT - Main sequence photometry in outer regions of NGC 6752, NGC 6397, and NGC 6121 (M 4)

D. Nardiello, A. P. Milone+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 28, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 68被引用 38

一句话总结

本研究利用甚大望远镜（VLT）上的FORS2仪器获取的$UBVI$测光数据，在NGC 6752和NGC 6121的外区探测到双峰主序（MS），并通过$B$与$U-B$以及$V$与$c_{U,B,I}$的颜色-星等图确认了多重恒星族的存在。研究发现蓝-红主序星比例在径向范围内无变化，估算出两组恒星之间的氦丰度差异为$ \Delta Y \sim 0.02$，与第二代富含氦的恒星一致。

ABSTRACT

We present the photometric analysis of the external regions of three Galactic Globular Clusters: NGC 6121, NGC 6397 and NGC 6752. The main goal is the characterization of the multiple stellar populations along the main sequence (MS) and the study of the radial trend of the different populations hosted by the target clusters. The data have been collected using FORS2 mounted at the ESO/VLT@UT1 telescope in UBVI filters. From these data sets we extracted high-accuracy photometry and constructed color-magnitude diagrams. We exploit appropriate combination of colors and magnitudes which are powerful tools to identify multiple stellar populations, like B versus U-B and V versus c_{U,B,I}=(U-B)-(B-I) CMDs. We confirm previous findings of a split MS in NGC 6752 and NGC 6121. Apart from the extreme case of omega Centauri, this is the first detection of multiple MS from ground-based photometry. For NGC 6752 and NGC 6121 we compare the number ratio of the blue MS to the red MS in the cluster outskirts with the fraction of first and second generation stars measured in the central regions. There is no evidence for significant radial trend. The MS of NGC 6397 is consistent with a simple stellar population. We propose that the lack of multiple sequences is due both to observational errors and to the limited sensitivity of U,B,V,I photometry to multiple stellar populations in metal-poor GCs. Finally, we compute the helium abundance for the stellar populations hosted by NGC 6121 and NGC 6752, finding a mild (Delta Y ~ 0.02) difference between stars in the two sequences.

研究动机与目标

• 研究三个银河系球状星团（NGC 6121、NGC 6397、NGC 6752）外区多重恒星族的径向分布。
• 利用地面测光数据探测并表征这些星团中的多重主序。
• 确定蓝、红主序星的相对比例是否随半径变化，以检验群体分异现象。
• 估算NGC 6121和NGC 6752中两组主序星之间的氦丰度差异（$\Delta Y$）。

提出的方法

• 利用帕拉纳天文台的VLT望远镜上的FORS2仪器获取深度$UBVI$测光数据。
• 通过$B$与$U-B$以及$V$与$c_{U,B,I} = (U-B)-(B-I)$的颜色组合构建高精度颜色-星等图（CMDs）。
• 通过分析CMD中恒星的双峰分布特征识别出多重主序。
• 从$1.2r_h$到$4.1r_h$测量蓝、红主序星的径向比例，以评估群体梯度。
• 利用颜色-颜色关系和理论等龄线计算两组主序星之间的氦丰度差异（$\Delta Y$）。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 6752和NGC 6121的外区是否可通过地面$UBVI$测光探测到多重主序？
• RQ2 NGC 6752和NGC 6121中蓝、红主序星的相对丰度是否存在径向趋势？
• RQ3 NGC 6121和NGC 6752中两组主序星之间的氦丰度差异（$\Delta Y$）是多少？
• RQ4 为何尽管NGC 6397已知存在多重恒星族，却未探测到多重主序？

主要发现

• NGC 6752和NGC 6121的外区在$B$与$U-B$以及$V$与$c_{U,B,I}$的颜色-星等图中清晰显示出双峰主序，证实存在多重恒星族。
• 在NGC 6752中，蓝主序（MSa）包含约26%的总主序星，而红主序（MSbc）则占74%。
• 在NGC 6121中，较不丰富的主序包含约37%的主序星，被解释为第一代恒星；而更丰富的主序则占63%，归因于第二代恒星。
• 在$1.2r_h < R < 4.1r_h$的径向范围内，NGC 6752和NGC 6121中蓝、红主序星的比例未发现显著径向趋势。
• 两组主序星之间的氦丰度差异测量结果为：NGC 6121中$\Delta Y = 0.020 \pm 0.005$，NGC 6752中$\Delta Y \sim 0.02$，与第二代富含氦的恒星一致。
• NGC 6397中未探测到明显多重主序，归因于测光误差以及$UBVI$测光对金属贫乏星团中多重恒星族的敏感度有限。