[论文解读] The stellar content of the Hamburg/ESO survey VI. The metallicity distribution of main-sequence turnoff stars in the Galactic halo

Huige Li, N. Christlieb+8 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 65被引用 23

一句话总结

本研究利用来自汉堡/ESO巡天的617颗恒星样本及赛丁泉天文台的后续光谱观测，确定了银河系晕中金属贫乏主序星转折星的金属丰度分布函数（MDF）。在修正了巡天体积效应后，观测到的MDF在[Fe/H] ≈ −3.6处出现急剧下降，且转折星与巨星在低金属丰度尾部高度一致；然而，目前没有任何理论模型能同时再现MDF的峰值与金属贫乏特征。

ABSTRACT

We determine the metallicity distribution function (MDF) of the Galactic halo based on metal-poor main-sequence turnoff-stars (MSTO) which were selected from the Hamburg/ESO objective-prism survey (HES) database. Corresponding follow-up moderateresolution observations (R ~ 2000) of some 682 stars (among which 617 were accepted program stars) were carried out with the 2.3m telescope at the Siding Spring Observatory (SSO). Corrections for the survey volume covered by the sample stars were quantitatively estimated and applied to the observed MDF. The corrections are quite small, when compared with those for a previously studied sample of metal-poor giants. The corrected observational MDF of the turnoff sample was then compared with that of the giants, as well as with a number of theoretical predictions of Galactic chemical evolution, including the mass-loss modified Simple Model. Although the survey-volume corrected MDFs of the metal-poor turnoff and the halo giants notably differ in the region of [Fe/H] > -2.0, below [Fe/H] ~ -2.0, (the region we scientifically focus on most) both MDFs show a sharp drop at [Fe/H] ~ -3.6 and present rather similar distributions in the low-metallicity tail. Theoretical models can fit some parts of the observed MDF, but none is found to simultaneously reproduce the peak as well as the features in the metal-poor region with [Fe/H] between -2.0 to -3.6. Among the tested models only the GAMETE model, when normalized to the tail of the observed MDF below [Fe/H] ~ -3.0, and with Z_{cr} = 10^{-3.4}Z_{\odot}, is able to predict the sharp drop at [Fe/H] ~ -3.6.

研究动机与目标

• 利用定义明确的巡天样本，理解银河系晕中金属贫乏主序星转折星的金属丰度分布。
• 修正巡天选择效应，以获得准确的、体积校正后的金属丰度分布函数（MDF）。
• 将转折星的MDF与先前研究的晕巨星MDF进行比较，评估在低金属丰度区域的一致性。
• 将现有银河系化学演化理论模型与观测到的MDF进行对比，特别关注能否再现[Fe/H] ≈ −3.6处的急剧下降。
• 评估观测到的MDF对双晕结构及早期银河系演化中吸积作用的启示。

提出的方法

• 从汉堡/ESO视场棱镜巡天（HES）中选取682颗金属贫乏主序星转折星，其中617颗被确认为项目恒星。
• 利用赛丁泉天文台2.3米望远镜进行中等分辨率光谱观测（R ≈ 2000），测量恒星的金属丰度。
• 定量估算并应用巡天体积校正，以获得体积校正后的MDF，最大限度减少观测分布中的偏差。
• 将校正后的转折星MDF与晕巨星的MDF以及银河系化学演化理论模型进行比较。
• 评估包括考虑质量损失的简单模型和GAMETE模型在内的理论模型，通过调整临界金属丰度Zcr等参数以匹配观测结果。
• 使用KP加(B−V)0和(J−K)0颜色标准作为高效筛选金属贫乏恒星的方法，对极端星族候选者实现高达100%的筛选效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在修正巡天选择效应后，银河系晕中金属贫乏主序星转折星的真实金属丰度分布函数（MDF）是什么？
• RQ2 转折星的MDF与先前研究的晕巨星相比如何，特别是在[Fe/H] ≈ −2.0以下的低金属丰度区域？
• RQ3 现有的银河系化学演化理论模型能否同时再现MDF中观测到的峰值与[Fe/H] ≈ −3.6处的急剧下降？
• RQ4 观测到的MDF对银河系晕的双晕模型有何意义，特别是对内晕与外晕星族贡献的启示？
• RQ5 观测到的MDF能否用于约束金属贫乏恒星长期寿命期间吸积与星际介质处理的作用？

主要发现

• 经巡天体积校正后的金属贫乏主序星转折星MDF在[Fe/H] ≈ −3.6处出现急剧下降，与晕巨星在低金属丰度尾部的MDF一致。
• 尽管在[Fe/H] > −2.0区域存在差异，转折星与巨星的MDF在[Fe/H] ≈ −2.0以下区域高度一致，尤其在金属贫乏尾部。
• 所有测试的银河系化学演化理论模型均无法同时再现[Fe/H] ≈ −2.5至−3.6之间的峰值与金属缺乏特征。
• 当GAMETE模型归一化至低金属丰度尾部并设定Zcr = 10−3.4 Z⊙时，最能再现[Fe/H] ≈ −3.6处的急剧下降。
• 使用KP加(B−V)0和(J−K)0颜色的筛选标准对识别金属贫乏转折星极为高效，对极端星族候选者实现高达100%的筛选效率。
• 样本中缺乏[Fe/H] < −3.6的恒星，限制了与最金属贫乏理论模型的直接比较，凸显了未来更深度巡天（如APOGEE和LAMOST）的必要性。