[论文解读] Open clusters towards the Galactic center: chemistry and dynamics. A VLT spectroscopic study of NGC6192, NGC6404, NGC6583

L. Magrini, S. Randich+6 more|arXiv (Cornell University)|Aug 18, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 66被引用 43

一句话总结

本研究对银河系中心附近的三个疏散星团（NGC6192、NGC6404、NGC6583）中的10颗恒星进行了高分辨率VLT光谱观测，测定了其金属丰度和元素比值。结果证实了内盘存在陡峭的金属丰度梯度，[Fe/H]值分别为+0.12、+0.11和+0.37，支持银河系内盘的化学演化速度高于外盘。

ABSTRACT

In the framework of the study of the Galactic metallicity gradient and its time evolution, we present new high-resolution spectroscopic observations obtained with FLAMES and the fiber link to UVES at VLT of three open clusters (OCs) located within $\sim$7~kpc from the Galactic Center (GC): NGC~6192, NGC~6404, NGC~6583. We also present new orbit determination for all OCs with Galactocentric distances (R$_{ m{GC}}) \leq$8~kpc and metallicity from high-resolution spectroscopy. We aim to investigate the slope of the inner disk metallicity gradient as traced by OCs and at discussing its implication on the chemical evolution of our Galaxy. We have derived memberships of a group of evolved stars for each clusters, obtaining a sample of 4, 4, and 2 member stars in NGC~6192, NGC~6404, and NGC~6583, respectively. Using standard LTE analysis we derived stellar parameters and abundance ratios for the iron-peak elements Fe, Ni, Cr, and for the $α$-elements Al, Mg, Si, Ti, Ca. We calculated the orbits of the OCs currently located within 8~kpc from the GC, and discuss their implication on the present-time radial location. {The average metallicities of the three clusters are all oversolar: [Fe/H]= $+0.12\pm0.04$ (NGC~6192), $+0.11\pm0.04$ (NGC 6404), $+0.37\pm0.03$ (NGC 6583). They are in qualitative agreement with their Galactocentric distances, being all internal OCs, and thus expected to be metal richer than the solar neighborhood. The abundance ratios of the other elements over iron [X/Fe] are consistent with solar values. The clusters we have analysed, together with other OC and Cepheid data, confirm a steep gradient in the inner disk, a signature of an evolutionary rate different than in the outer disk.

研究动机与目标

• 利用距离银河系中心8 kpc以内的疏散星团，测量银河系内盘的径向金属丰度梯度。
• 研究银河系内盘，特别是靠近银河系中心的疏散星团的化学组成和动力学历史。
• 评估星团金属丰度和轨道参数对银河系化学演化的影响。
• 为历史上在金属丰度研究中覆盖不足的区域提供高分辨率光谱数据。
• 将观测到的元素丰度模式与银河系化学演化的理论模型进行比较。

提出的方法

• 利用VLT上的FLAMES仪器配合UVES光纤连接，获取了三个疏散星团中10颗红巨星的高分辨率光学光谱。
• 采用标准的局部热动平衡（LTE）分析方法，测定Fe、Ni、Cr、Al、Mg、Si、Ti和Ca的恒星参数（Teff、log g、[Fe/H]、[X/Fe]）。
• 通过径向速度和金属丰度的一致性识别星团成员星，确保样本的纯净性。
• 使用包含和不包含旋臂的银河系势场模型，计算轨道参数（近银心距、远银心距、Z_mean、偏心率）。
• 将星团数据与现有的造父变星和疏散星团数据相结合，评估银河系内盘的径向金属丰度梯度。
• 采用Allen & Santillan和n=2 Ferrers旋臂模型，模拟轨道演化并评估星团的形成位置。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC6192、NGC6404和NGC6583的金属丰度是多少？与太阳邻域相比有何差异？
• RQ2 这些星团及其他在银河系中心8 kpc以内的疏散星团所揭示的内盘金属丰度梯度的斜率是多少？
• RQ3 这些星团的轨道参数如何反映其动力学历史及其在银河系盘中的当前位置？
• RQ4 这些星团中α-族元素和铁峰元素的[ X/Fe ]丰度比是否偏离太阳值，表明其核合成历史不同？
• RQ5 观测到的星团金属丰度如何约束银河系化学演化模型，特别是内盘区域的演化模型？

主要发现

• NGC6192的平均金属丰度为[Fe/H] = +0.12 ± 0.04，与R_GC ≈ 6.5 kpc的位置一致。
• NGC6404的金属丰度为[Fe/H] = +0.11 ± 0.04，与~6.8 kpc的银河系中心距离一致。
• NGC6583位于R_GC ≈ 5.9 kpc处，表现出更高的金属丰度[Fe/H] = +0.37 ± 0.03，证实了金属丰度向银河系中心增加的趋势。
• α-族元素（Al、Mg、Si、Ti、Ca）和铁峰元素（Fe、Ni、Cr）的[ X/Fe ]丰度比在不确定度范围内均与太阳值一致。
• 轨道计算显示，这三个星团的偏心率适中（e ≈ 0.1–0.12），表明它们未从形成位置发生显著迁移。
• 结合这些星团数据与现有的造父变星和疏散星团数据，证实了银河系内盘存在陡峭的径向金属丰度梯度，其斜率比外盘更陡。