[论文解读] On the Galactic chemical evolution of sulphur. Sulphur abundances from the [S i] 1082 nm line in giants

E. Matrozis, N. Ryde+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 31, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 62被引用 11

一句话总结

本研究利用统一的恒星参数和1D LTE MARCS模型，从39颗金属贫乏巨星的[S I] λ1082 nm谱线中推导出硫的丰度。结果发现，当[Fe/H] ≤ -1时，[S/Fe]几乎保持恒定在~0.3，支持硫作为典型的α元素在大犬星系化学演化中由II型超新星产生，与一些先前研究报道的低金属度下[S/Fe]升高的结论相矛盾。

ABSTRACT

Context. The Galactic chemical evolution of sulphur is still under debate. At low metallicities some studies find no correlation between [S/Fe] and [Fe/H], others find [S/Fe] increasing towards lower metallicities, and still others find a combination of the two. Each scenario has different implications for the Galactic chemical evolution of sulphur. Aims. To contribute to the discussion on the Galactic chemical evolution of sulphur by deriving sulphur abundances from non-LTE insensitive spectral diagnostics in Disk and Halo stars with homogeneously determined stellar parameters. Methods. We derive Teff from photometric colours, logg from stellar isochrones and Bayesian estimation, and [Fe/H] and [S/Fe] from spectrum synthesis. We derive [S/Fe] from the [S i] 1082 nm line in 39 mostly cool and metal-poor giants, using 1D LTE MARCS model atmospheres to model our high-resolution NIR spectra obtained with the VLT, NOT and Gemini South telescopes. Results. We derive homogeneous stellar parameters for 29 stars. Our results argue for a chemical evolution of sulphur that is typical for alpha-elements, contrary to some previous studies. Our abundances are systematically higher by about 0.1 dex in comparison to other studies that arrived at similar conclusions using other sulphur diagnostics. Conclusions. We find the [S i] line to be a valuable diagnostic of sulphur abundances in cool giants down to [Fe/H] ~ -2.3. We argue that a homogeneous determination of stellar parameters is necessary, since the derived abundances are sensitive to them. Our results ([S/Fe]) show reasonable agreement with predictions of contemporary models of Galactic chemical evolution. In these models sulphur is predominantly created in massive stars by oxygen burning, and ejected in the ISM during Type II SNe explosions. Systematic differences with previous studies likely fall within modelling uncertainties.

研究动机与目标

• 通过在金属贫乏巨星中推导统一的硫丰度，解决关于硫在银河系化学演化中行为的争议。
• 通过在宽广的金属度范围内测量[S/Fe]，评估硫是否表现出典型α元素的行为。
• 评估[S I] λ1082 nm线作为冷却巨星中硫丰度的非-LTE不敏感诊断工具的可靠性。
• 研究恒星参数不确定性对硫丰度测定的影响，并调和与先前研究的差异。
• 将结果与当代银河系化学演化模型进行比较，以检验II型超新星和极超新星在硫生成中的作用。

提出的方法

• 有效温度通过光度色温校准（González Hernández & Bonifacio 2009）获得，提供统一的T_eff标度。
• 表面重力通过恒星等时线和贝叶斯估计确定，确保样本中log g值的一致性。
• 金属度和硫丰度通过高分辨率近红外光谱中[S I] λ1082.1 nm线的谱线合成方法推导。
• 使用1D LTE MARCS模型大气来合成观测光谱，并以最小化非-LTE效应的方式推导元素丰度。
• 对29颗恒星进行了统一的恒星参数测定，减少了先前研究中常见的系统性不确定性。
• 通过与使用不同诊断线（如λ923 nm三重线）的先前研究进行丰度比较，评估系统性偏差。

实验结果

研究问题

• RQ1 在T_eff ≤ 5200 K且[Fe/H] ≥ −2.3的冷却、金属贫乏巨星中，[S I] λ1082.1 nm线是否能提供可靠且非-LTE敏感的硫丰度诊断？
• RQ2 在金属贫乏恒星（−2.4 ≤ [Fe/H] ≤ 0.2）中，[S/Fe]比值在低金属度下是否保持恒定，如典型α元素所预期？
• RQ3 推导出的硫丰度与以II型超新星为主导的银河系化学演化模型预测相比如何？
• RQ4 与先前研究的差异在多大程度上源于恒星参数测定的差异，而非丰度本身的内在变化？
• RQ5 恒星参数不确定性对最终硫丰度不确定性的贡献有多大？

主要发现

• [S I] λ1082.1 nm线是T_eff ≤ 5200 K且[Fe/H] ≥ −2.3的巨星中硫丰度的稳健诊断工具，对非-LTE效应不敏感。
• 在[Fe/H] ≤ −1时，硫丰度在金属度上无显著趋势，[S/Fe] ≈ 0.3的平台与典型α元素行为一致。
• 与使用λ923 nm三重线的先前研究相比，推导出的硫丰度系统性高出约0.1 dex，表明恒星参数或诊断方法可能存在系统性偏差。
• 恒星参数不确定性，特别是有效温度和表面重力，主导了硫丰度测定的总不确定性。
• 结果与强调II型超新星为主要硫来源的当代银河系化学演化模型更为一致，对额外机制（如极超新星）的需求较小。
• 统一的参数测定至关重要，因为不同研究中T_eff、log g和金属度的差异可解释大部分报告的[S/Fe]值之间的观测离散度。