[论文解读] On the metallicity of open clusters II. Spectroscopy

U. Heiter, C. Soubiran+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 149被引用 67

一句话总结

本研究基于86篇文献中来自458颗恒星的641个独立测量，汇编了78个疏散星团的高分辨率光谱金属量，建立了可靠的光谱金属量标度。结果发现，光谱金属量比光度金属量系统性低0.11 dex，且具有0.23 dex的离散度，而现有银河系化学演化模型均无法完全再现观测到的金属量径向梯度。

ABSTRACT

In a series of three papers, we investigate the current status of published metallicities for open clusters that were derived from a variety of photometric and spectroscopic methods. The current article focuses on spectroscopic methods. The aim is to compile a comprehensive set of clusters with the most reliable metallicities from high-resolution spectroscopic studies. This set of metallicities will be the basis for a calibration of metallicities from different methods. The literature was searched for [Fe/H] estimates of individual member stars of open clusters based on the analysis of high-resolution spectra. For comparison, we also compiled [Fe/H] estimates based on spectra with low and intermediate resolution. At medium and high resolution, we found that differences in the analysis methods have a stronger effect on metallicity than quality differences in the observations. We retained only highly probable cluster members and introduced a restriction on atmospheric parameters. We combined 641 individual metallicity values for 458 stars in 78 open clusters from 86 publications to form our final set of high-quality cluster metallicities. The photometric metallicities discussed in the first paper of this series are systematically lower than the spectroscopic ones by about 0.1 dex, and the differences show a scatter of about 0.2 dex. In a preliminary comparison of our spectroscopic sample with models of Galactic chemical evolution, none of the models predicts the observed radial metallicity gradient. Photometric metallicities show a large intrinsic dispersion, while the more accurate spectroscopic sample presented in this paper comprises fewer than half the number of clusters. Only a sophisticated combination of all available photometric and spectroscopic data will allow us to trace the metallicity distribution in the Galactic disk on a local and global scale.

研究动机与目标

• 利用高分辨率恒星光谱，汇编一组可靠且一致的疏散星团光谱金属量。
• 识别并减轻光谱丰度分析中因不同分析方法而非仅观测质量所引起的系统性不确定度。
• 将光谱金属量与光度估计值进行比较，以校准并调和不同金属量标度之间的差异。
• 评估现有银河系化学演化模型与观测到的星团金属量的一致性。
• 通过结合光谱与光度数据，为未来银河系盘演化研究建立统一金属量标度的基础。

提出的方法

• 系统性地检索高分辨率光谱[Fe/H]测定结果，针对疏散星团成员恒星的个体测量。
• 排除大气参数异常、双星、化学异常星以及可能受非局部热动平衡效应影响的演化巨星。
• 应用严格的选择标准：高分辨率（R ≥ 13000）、高信噪比（S/N > 20），以及一致的大气参数约束。
• 对每个星团的个体金属量测量值进行加权平均，以推导最终的星团金属量。
• 将最终的光谱样本与Paper I中的光度金属量以及现有文献汇编结果进行比较。
• 利用光谱样本评估四种银河系化学演化模型对观测到的金属量径向梯度的拟合程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 与观测质量相比，光谱分析方法的差异（如谱线列表、微湍流、温度标度）对金属量测定的影响程度如何？
• RQ2 在疏散星团中，光度金属量与高分辨率光谱金属量相比如何？其系统性偏差的大小和性质是什么？
• RQ3 现有的银河系化学演化模型能否再现观测到的疏散星团金属量径向梯度？
• RQ4 恒星异质性（如双星、热矮星或演化巨星）对星团金属量估计可靠性有何影响？
• RQ5 如何通过将光度金属量校准至可靠的光谱参考样本，建立统一的金属量标度？

主要发现

• 经严格筛选后，最终样本包含来自86篇文献中458颗恒星的641个独立金属量测量值，覆盖78个疏散星团，系统误差显著降低。
• Paper I中的光度金属量系统性地比光谱金属量低0.11 dex，离散度为0.23 dex，表明存在显著的校准偏差。
• 分析方法的差异（如温度标度、谱线列表、微湍流）对金属量的影响大于高分辨率下的光谱分辨率或信噪比。
• 无现有银河系化学演化模型能完全再现观测到的金属量径向梯度；Schönrich & Binney (2009) 的模型虽具有相似斜率，但存在0.3 dex的金属量偏移。
• 在三个同时包含足够数量矮星和巨星的星团中，光谱样本显示两类恒星的平均金属量无显著差异。
• Gaia-ESO巡天预计将显著增加高质星光谱金属量的星团数量，为未来大规模银河系化学演化研究提供支持。