[论文解读] Properties and origin of the old, metal rich, star cluster, NGC 6791

G. Carraro|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 2013

Astronomy and Astrophysical Research被引用 3

一句话总结

本文提出，NGC 6791 是一个古老、富含金属的疏散星团，具有极端蓝水平分支（BHB）恒星和双峰的 Na/O 元素丰度分布，其形成于银河系银心区域，随后向外迁移。该星团的独特属性——高金属度（[Fe/H] ≈ +0.4）、多重星族以及 BHB 恒星——挑战了传统疏散星团的分类标准，表明其可能是银心早期恒星形成的遗迹，这一观点得到轨道模拟和丰度趋势的支持，与微引力透镜观测的银心恒星一致。

ABSTRACT

In this contribution I summarize the unique properties of the old, metal rich, star cluster NGC 6791, with particular emphasis on its population of extreme blue horizontal branch stars. I then conclude providing my personal view on the origin of this fascinating star cluster.

研究动机与目标

• 解决 NGC 6791 的高金属度与古老年龄在银河系盘面演化背景下的长期谜题。
• 解释其极端蓝水平分支恒星的起源，这些恒星与标准质量损失模型相悖。
• 研究其红巨星分支恒星中存在多重星族与 Na-O 反相关现象，这一特征通常仅见于球状星团。
• 评估 NGC 6791 是否起源于银河系银心并随后迁移至当前在银盘中的位置。
• 鉴于其独特属性，重新评估 NGC 6791 作为疏散星团的分类。

提出的方法

• 分析哈勃空间望远镜的深场测光数据及白矮星冷却序列，以调和转折点与白矮星光度函数之间的年龄差异。
• 通过红巨星分支恒星的光谱丰度分析，检测 Na-O 反相关性与多重星族的存在。
• 应用星族合成模型，模拟 NGC 6791 的光谱能量分布，特别关注 2200 Å 以下的紫外波段。
• 在具有棒状结构与旋臂扰动的时不变银河系势场中，对示踪粒子执行 N 体轨道模拟，以模拟 NGC 6791 的迁移过程。
• 将该星团的年龄-金属度关系与 Bensby 等人（2013）研究的微引力透镜矮星的年龄-金属度关系进行比较，评估其与银心形成的一致性。
• 评估双星分数与质量转移机制作为极端蓝水平分支恒星形成的驱动力。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何 NGC 6791 在高金属度条件下仍拥有极端蓝水平分支恒星，而高金属度通常会抑制此类特征？
• RQ2 NGC 6791 红巨星分支恒星中观测到的双峰 Na/Fe 丰度分布应如何解释，鉴于这是球状星团的典型特征？
• RQ3 在银河系盘面径向丰度梯度的背景下，NGC 6791 的高金属度（[Fe/H] ≈ +0.4）与古老年龄（≈8 Gyr）的起源是什么？
• RQ4 NGC 6791 的观测轨道参数是否与在银河系银心形成后向外迁移的形成情景一致？
• RQ5 为何该星团的白矮星冷却序列暗示其年龄比主序转折点更年轻？这一差异如何得以调和？

主要发现

• NGC 6791 展示出双峰的 Na/Fe 丰度分布，包含明显的 Na 贫乏组与 Na 丰富组，且表现出典型的 Na-O 反相关性，使其成为首个具有多重星族的疏散星团。
• NGC 6791 中的极端蓝水平分支恒星极有可能源于双星相互作用导致的质量损失，因为标准质量损失模型无法解释其狭窄的颜色分布。
• 该星团约 8 Gyr 的年龄与 [Fe/H] ≈ +0.4 的金属度，与银河系银心微引力透镜矮星观测到的年龄-金属度关系一致。
• 轨道模拟表明，若测试粒子起源于内盘区域，可在假设势场下重现 NGC 6791 的当前轨道参数，但该概率低于 10%。
• NGC 6791 中 2200 Å 以下的紫外辐射完全由极端蓝水平分支恒星提供，支持其在椭圆星系紫外突起现象中的关键作用。
• NGC 6791 中高达 30% 的双星比例可调和白矮星冷却序列与主序转折点之间的年龄差异，因为双星演化会改变恒星演化 timescale。