[论文解读] The case of the disappearing CN-strong AGB stars in Galactic globular clusters -- Preliminary Results

S. W. Campbell, David Yong+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 3

一句话总结

本研究利用中等分辨率光谱对九个银河系球状星团中的250颗AGB星进行了观测，调查了其中CN强A型AGB星意外耗尽的现象。研究发现，许多星团中完全缺乏CN强A型AGB星，或其数量显著少于其红巨星分支（RGB）星族，这挑战了标准恒星演化模型——该模型预测AGB阶段氮元素应因RGB阶段的深对流而增强。

ABSTRACT

A previously reported literature search suggested that the AGB stars in Galactic globular clusters may be showing different distributions of CN-strong and CN-weak stars as compared to their RGB stars. In most cases the second giant branches of GCs appeared to be deficient in stars with strong CN bands. However the sample sizes of AGB stars at that time were too small to give a definitive picture. Thus an observing campaign targeting GC AGB stars was proposed. We now have medium resolution spectral observations of about 250 GC AGB stars across 9 globular clusters, obtained with the 2dF/AAOmega instrument on the Anglo-Australian Telescope. In this paper we report some preliminary results regarding the distributions of CN-strong and CN-weak stars on the two giant branches of a selection of globular clusters. We find that some GCs show a total lack of CN-strong stars on the AGB, whilst some show a reduction in CN-strong stars as compared to the RGB. Standard stellar evolution does not predict this change in surface abundance between the two giant branches. We discuss some possible causes of this unexpected phenomenon.

研究动机与目标

• 确定银河系球状星团中的CN强AGB星是否系统性地贫化于其红巨星分支（RGB）星族。
• 解决以往AGB星研究因样本量小而产生的文献不一致问题。
• 检验RGB星与AGB星之间观测到的CN丰度差异是否真实存在，而非由观测偏差或光谱分析系统误差所致。
• 探索可能的演化机制（如氦丰度或质量依赖的物质损失）是否可解释AGB阶段CN强星的“消失”现象。
• 评估该现象对球状星团形成与化学演化的影响，特别是对多重星族与自污染情景的启示。

提出的方法

• 利用英国-澳大利亚望远镜上的2dF/AAOmega仪器，获取了九个银河系球状星团中250颗AGB星的中等分辨率光谱数据。
• 利用现有巡天中的高精度测光与天体测量数据（如Grundahl et al. 1999；Sandquist & Bolte 2004），在颜色-星等图（CMD）中识别AGB星，将其与RGB星区分开。
• 进行光谱分析以测量CN吸收线深度，并将恒星分类为CN强或CN弱，所有星团均采用一致的校准方法。
• 比较同一星团中AGB星与RGB星中CN强与CN弱星的相对比例，以检测系统性差异。
• 通过在相似温度与光度下比较AGB星与RGB星，评估潜在的观测偏差，确认光谱分辨率与重力效应无法解释观测到的丰度差异。
• 计划进行光谱合成计算，以验证丰度测量结果，并排除分析流程中的系统性误差。

实验结果

研究问题

• RQ1 与RGB星相比，银河系球状星团中的CN强AGB星是否系统性地贫化？
• RQ2 AGB星中CN强星的观测匮乏是否为真实的天体现象，而非小样本量与观测偏差所致？
• RQ3 标准恒星演化模型能否解释从RGB到AGB阶段表面氮（通过CN带追踪）的减少？
• RQ4 何种物理机制（如氦丰度差异或增强的质量损失）可解释AGB阶段CN强星的选择性缺失？
• RQ5 AGB星与RGB星之间的CN丰度差异在不同星团中如何变化？这些差异对球状星团的形成历史与自污染机制有何启示？

主要发现

• 在若干球状星团中，未检测到任何CN强AGB星，表明尽管在RGB上存在，AGB阶段该星族完全缺失。
• 在其他星团中，CN强AGB星显著少于RGB星，AGB星族主要由CN弱星主导。
• 观测到的CN丰度差异并非由光谱分辨率、重力效应或温度依赖的吸收线深度变化所致，经在相似恒星参数下比较已确认。
• RGB与AGB星之间CN丰度的差异与标准恒星演化理论相矛盾，后者预测AGB阶段因RGB阶段的深对流，CN（及氮）丰度应增强。
• 该现象在不同星团中并不一致，部分星团完全缺失CN强AGB星，另一些则仅部分耗尽，表明其机制具有星团依赖性。
• 结果表明，氦丰度差异（ΔY ~ 0.05）或质量依赖的质量损失机制可能选择性地从AGB阶段移除CN强星，但需进一步建模以确认此推论。