[论文解读] Searching for chemical inhomogeneities in Open Clusters: Analysis of the CN and CH Molecular Band Strengths in NGC 2158, NGC 2420, NGC 2682, NGC 7789 and Berkeley 29

R. Carrera, C. E. Martínez-Vázquez|arXiv (Cornell University)|Aug 21, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 106被引用 8

一句话总结

本研究利用低分辨率SDSS/SEGUE光谱，分析了五个疏散星团中主序星和红团星的CN和CH分子带强度，以检测与多重星族相关的化学不均一性。在四个星团（NGC 2158、NGC 2420、NGC 2682、Berkeley 29）中未发现CN和CH带强度存在显著的星星差异，但在NGC 7789中检测到可能的异常CN带强度弥散，表明当前质量阈值约为~10⁴ M⊙的星团才可能维持多重星族的形成。

ABSTRACT

Context: The total mass of a cluster, being the main parameter determining its ability to host more than one stellar generation, may constitute a threshold below which the cluster is able to form only a single stellar population. AIms: Our goal is to investigate the existence of star-to-star variations of CN and CH band strengths, related to the N and C abundances, respectively, among the stars in five open cluster (NGC 2158, NGC 2420, NGC 2682, NGC 7789 and Berkeley 29) similar to those observed in globular clusters and linked with the existence of multiple populations therein. Since these systems are less massive than globulars, our results may allow us to constrain the lower mass necessary to form more than one stellar population. Methods: We measured the strength of the CN and CH bands, which correlate with the C and N abundances, using four molecular indices in low-resolution SDSS/SEGUE spectra. Results: We found that for four of the open clusters (NGC 2158, NGC 2420, NGC 2682 and Berkeley 29) all the stars studied in each of them have similar CN and CH band strengths within the uncertainties since neither anomalous spreads nor bimodalities have been detected in their CN and CH distributions. In contrast, for NGC 7789 we found an anomalous spread in the strength of the CN molecular band at 3839 Åwhich is larger than the uncertainties. However, the small number of stars studied in this cluster implies that further analysis is needed to confirm the existence of chemical inhomogeneities in this cluster.

研究动机与目标

• 调查五个疏散星团中恒星的CN和CH分子带强度（作为氮和碳丰度的代理）是否存在星星差异。
• 检验质量低于典型球状星团的疏散星团是否如化学丰度异常所暗示的那样可容纳多重星族。
• 约束星团保留富集物质并形成后续星族世代所需的最小当前质量。
• 评估NGC 7789中观测到的化学不均一性在小样本量下是否具有统计显著性。

提出的方法

• 利用四个低分辨率光谱指数（CN在3839 Å和4142 Å，CH在4300 Å）测量分子带强度，数据来自SDSS/SEGUE低分辨率光谱（R ~ 2000）。
• 应用光谱窗口和归一化技术量化带强度，考虑连续谱定位和噪声影响。
• 使用广义直方图和高斯拟合评估带强度分布形状，识别单峰与双峰特征。
• 将观测分布与预期不确定度进行比较，以判断弥散是否超过测量噪声。
• 在自污染情景背景下评估结果，即第一代恒星污染星际介质以形成第二代恒星。
• 结合SDSS-III和WEBDA数据库，将结果置于更广泛的质量-年龄-金属度框架中。

实验结果

研究问题

• RQ1 质量低于10⁵ M⊙的疏散星团是否表现出CN和CH分子带强度的星星差异，表明存在化学不均一性？
• RQ2 NGC 7789中观测到的CN带强度弥散是否在测量不确定度之外具有统计显著性？
• RQ3 基于化学丰度模式，维持多重星族所需的最小当前质量阈值是多少？
• RQ4 低质量疏散星团的结果与大质量球状星团及大麦哲伦云中中等年龄星团的结果相比如何？
• RQ5 观测到的疏散星团中CN和CH带强度分布是否可由消光差异或其他观测效应解释，而非内在化学变异？

主要发现

• 对于NGC 2158、NGC 2420、NGC 2682和Berkeley 29，CN和CH带强度的分布为单峰分布，且能被单个高斯函数良好拟合，其宽度与测量不确定度一致，表明碳和氮丰度具有同质性。
• 在这四个星团中，未检测到CN和CH带强度分布的显著双峰性或异常弥散。
• 在NGC 7789中，观测到3839 Å处CN带强度存在弥散，其程度超过预期的不确定度范围，提示可能存在化学不均一性。
• NGC 7789中观测到的CN弥散未被不确定度完全解析，但小样本量限制了统计可信度，需进一步研究。
• 结果表明，星团需具有约10⁴ M⊙的当前质量阈值，才能保留富集物质并形成多重星族。
• 研究结果支持这一观点：低于该阈值的星团（如Palomar 12和Terzan 7）可能无法容纳多重星族，尽管NGC 7789可能是一个例外，其质量与年龄与大麦哲伦云中观测到多重序列的星团相似。