[论文解读] Sulphur in the Sculptor dwarf spheroidal galaxy - Including NLTE corrections

Á. Skúladóttir, S. M. Andrievsky+5 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|May 12, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 35被引用 12

一句话总结

本研究首次利用高分辨率VLT/FLAMES-GIRAFFE光谱对 Sculptor矮球状星系中的硫丰度进行了全面分析，对9213、9228和9238 Å处的S I三重线应用了非局部热动平衡（NLTE）修正。结果发现，在[Fe/H] ≤ −2时，[S/Fe] ≈ +0.16处呈现平台，与银河系晕中α元素的行为一致，随后在更高金属度下下降至低于太阳值，且[S/Mg]随金属度升高表明有来自Ia型超新星的贡献。

ABSTRACT

In Galactic halo stars, sulphur has been shown to behave like other $α$-elements, but until now, no comprehensive studies have been done on this element in stars of other galaxies. Here, we use high-resolution ESO VLT/FLAMES/GIRAFFE spectra to determine sulphur abundances for 85 stars in the Sculptor dwarf spheroidal galaxy, covering the metallicity range $-2.5\leq ext{[Fe/H]} \leq-0.8$. The abundances are derived from the S~I triplet at 9213, 9228, and 9238~Å. These lines have been shown to be sensitive to departure from local thermodynamic equilibrium, i.e. NLTE effects. Therefore, we present new NLTE corrections for a grid of stellar parameters covering those of the target stars. The NLTE-corrected sulphur abundances in Sculptor show the same behaviour as other $α$-elements in that galaxy (such as Mg, Si, and Ca). At lower metallicities ($ ext{[Fe/H]}\lesssim-2$) the abundances are consistent with a plateau at $ ext{[S/Fe]}\approx+0.16$, similar to what is observed in the Galactic halo, $ ext{[S/Fe]}\approx+0.2$. With increasing [Fe/H], the [S/Fe] ratio declines, reaching negative values at $ ext{[Fe/H]}\gtrsim-1.5$. The sample also shows an increase in [S/Mg] with [Fe/H], most probably because of enrichment from Type Ia supernovae.

研究动机与目标

• 测量Sculptor矮球状星系中金属贫乏恒星的硫丰度，该星系是研究早期星系化学演化的关键场所。
• 解决在河外系统、特别是矮球状星系中缺乏关于硫的综合性研究的问题。
• 对9213–9238 Å波段的S I线进行非局部热动平衡（NLTE）效应修正，这些谱线已知对NLTE偏离敏感。
• 将Sculptor中的[S/Fe]和[S/Mg]趋势与银河系晕及其他α元素进行比较，以推断元素增丰机制。
• 通过分析[S/Mg]随金属度的变化趋势，评估Ia型超新星对硫丰度演化的影响。

提出的方法

• 获取了Sculptor中85颗红巨星分支恒星的高分辨率VLT/FLAMES-GIRAFFE光谱，覆盖[Fe/H]从−2.5到−0.8的范围。
• 通过9213、9228和9238 Å处的S I三重线测定硫丰度，该波段受地球大气吸收影响。
• 基于辐射转移建模，针对与目标恒星匹配的恒星参数网格（Teff, log g, [Fe/H]）计算了NLTE修正。
• 计算并比较了丰度比[S/Fe]和[S/Mg]与银河系晕数据，使用NLTE修正值以保持一致性。
• 通过考察[S/Mg]随[Fe/H]的变化趋势，评估Ia型超新星的影响，该趋势预期因Ia型超新星贡献而上升。
• 评估了测量不确定性和离散度，以区分内在弥散与观测误差。

实验结果

研究问题

• RQ1 Sculptor矮球状星系中的硫是否表现出类似α元素的行为，即在低金属度下[S/Fe]呈现平台？
• RQ2 NLTE修正如何影响金属贫乏恒星中硫丰度的测定，特别是在9213–9238 Å波段？
• RQ3 是否存在Ia型超新星对硫增丰贡献逐渐增加的证据，如[S/Mg]趋势所示？
• RQ4 Sculptor中[S/Fe]的演化与银河系晕相比如何，这对早期恒星形成和增丰效率意味着什么？
• RQ5 [S/Mg]的观测离散度主要是由测量误差还是内在弥散引起，这对丰度比的可靠性意味着什么？

主要发现

• Sculptor中经NLTE修正的[S/Fe]比值在[Fe/H] ≤ −2时呈现平台，[S/Fe] ≈ +0.16，与α元素行为一致，且与银河系晕相似。
• 在更高金属度（[Fe/H] > −1.5）时，[S/Fe]下降至低于太阳值，表明增丰机制已过渡为以Ia型超新星为主导。
• [S/Mg]比值随[Fe/H]升高而增加，提供了Ia型超新星在较高金属度下对硫贡献逐渐增加的有力证据。
• 对于[Fe/H] ≤ −2的Sculptor，[S/Mg]的平均值为−0.37（若排除异常值ET0322则为−0.30），与银河系晕的−0.39值高度一致。
• [S/Mg]的离散度（σ = 0.25）大于[S/Fe]的离散度（σ = 0.18），但考虑到[Mg/H]测量误差较大，该离散度更可能主要由测量不确定性引起而非内在弥散。
• 已计算并公开发布了S I三重线的NLTE修正，为未来金属贫乏恒星的丰度分析提供了统一分析的基础。