[论文解读] The Helium and Heavy Elements Enrichment of the Galactic Disk

Leticia Carigi, M. Peimbert|LA Referencia (Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas)|Jan 18, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 9

一句话总结

本文提出了一种银河系盘的化学演化模型，成功再现了电离氢区和太阳邻域恒星中观测到的氧和氦的丰度。该模型从M17的观测中得出关键值 $Δ Y/Δ Z = 1.97 \pm 0.41$，与K型星的值（$2.1 \pm 0.4$ 和 $2.1 \pm 0.9$）高度一致，验证了模型对氦相对于重元素增丰的预测。

ABSTRACT

We present chemical evolution models for the Galactic disk. We also present a new determination of X, Y, and Z for M17 a Galactic metal-rich Hii region. We compare our models for the Galactic disk with the Galactic Hii regions abundances. The $ΔY/ΔO$ ratio predicted from the galactic chemical evolution model is in very good agreement with the $ΔY/ΔO$ value derived from M17 and the primordial helium abundance, Yp, taking into account the presence of temperature variations in this Hii region. From the M17 observations we obtain that $ΔY/ΔZ = 1.97 \pm 0.41$, in excellent agreement with two $ΔY/ΔZ$ determinations derived from K dwarf stars of the solar vicinity that amount to $2.1 \pm 0.4$ and $2.1 \pm 0.9$ respectively. We also compare our models with the solar abundances. The solar and Orion nebula O/H values are in good agreement with our chemical evolution model.

研究动机与目标

• 开发一个自洽的银河系盘化学演化模型，以解释观测到的元素丰度梯度和恒星形成历史。
• 利用更新的原子数据和高质量观测，提高金属丰度较高的电离氢区M17中氦（$Y$）、氢（$X$）和重元素（$Z$）丰度测定的准确性。
• 将模型对氦增丰（$\Delta Y/\Delta Z$）的预测与太阳邻域的电离氢区和K型星的观测结果进行比较。
• 校准初始太阳氧氢比（$O/H$），并评估其与星云和恒星丰度测量结果的一致性。
• 评估温度涨落（$t^2$）对氦丰度测定的影响及其对 $\Delta Y/\Delta Z$ 值的含义。

提出的方法

• 作者在银河系化学演化模型中使用HWY和LWY两套恒星产物数据，模拟盘内 $X$、$Y$ 和 $Z$ 随时间和半径的变化。
• 从模型中推导 $\Delta Y/\Delta O$ 和 $\Delta Y/\Delta Z$ 比值，并与M17和K型星的观测约束进行比较。
• 利用最新的He I原子数据和高分辨率光谱，重新计算M17的 $X$、$Y$ 和 $Z$，并考虑温度涨落（$t^2 = 0.036$）。
• 将模型与标准太阳模型和日震学推导出的太阳 $O/H$ 比值进行对比，修正重力沉降和扩散效应。
• 利用猎户星云的 $O/H$ 作为当前星际介质的代理，将其值与猎户星协中B型星的丰度进行比较。
• 作者推导出一个预测方程：$Y = Y_p + (3.3 \pm 0.7)O$（当 $O < 4.3 \times 10^{-3}$ 时），并为更高 $O$ 值提供二次扩展。

实验结果

研究问题

• RQ1 银河系化学演化模型预测的 $\Delta Y/\Delta Z$ 比值是多少？与观测结果如何比较？
• RQ2 M17中温度涨落（$t^2$）如何影响推导出的氦丰度及最终的 $\Delta Y/\Delta Z$ 值？
• RQ3 模型对太阳邻域和猎户星云中 $O/H$ 的预测在多大程度上与观测值一致？
• RQ4 初始太阳氦丰度能否与化学演化模型和日震学数据一致地协调？
• RQ5 哪套恒星产物数据（HWY 或 LWY）更能准确再现银河系盘中观测到的 $\Delta Y/\Delta Z$ 和 $O/H$ 梯度？

主要发现

• 模型预测的 $\Delta Y/\Delta O$ 比值与从M17观测推导出的值以及原初氦丰度 $Y_p = 0.2477 \pm 0.0029$ 一致。
• 基于 $t^2 = 0.036$ 的M17观测，新推导出 $\Delta Y/\Delta Z = 1.97 \pm 0.41$，与K型星的值（$2.1 \pm 0.4$ 和 $2.1 \pm 0.9$）高度一致。
• 若假设 $t^2 = 0.000$，从M17推导出的 $\Delta Y/\Delta Z$ 值为 $4.00 \pm 0.75$，与恒星数据不一致，表明必须考虑温度结构的影响。
• 采用HWY恒星产物数据的银河系化学演化模型，能够重现观测到的 $O/H$ 和 $C/O$ 梯度，以及内盘中 $\Delta Y/\Delta O$ 比值。
• 模型预测：当 $O < 4.3 \times 10^{-3}$ 时，$Y = Y_p + (3.3 \pm 0.7)O$，为基于初始氧含量校准恒星初始氦丰度提供了依据。
• 推荐猎户星云的 $O/H$ 值为 $12 + \log(O/H) = 8.79 \pm 0.08$，作为当前本地星际介质的参考值，与模型和恒星丰度数据一致。