[论文解读] Two distinct halo populations in the solar neighborhood. II. Evidence from stellar abundances of Mn, Cu, Zn, Y, and Ba

P. E. Nissen, W. J. Schuster|Mar 24, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 72被引用 3

一句话总结

本研究分析了94颗太阳邻域晕星中Mn、Cu、Zn、Y和Ba的恒星丰度，以探究此前识别出的两类晕星——高α和低α星——之间的化学差异。利用高分辨率光谱和差分丰度分析，发现[Cu/Fe]、[Zn/Fe]和[Ba/Y]存在系统性差异，表明其化学富集历史不同：高α星形成于以II型超新星为主导的高恒星形成率环境，而低α星则起源于演化较慢、并有Ia型超新星和AGB恒星贡献的系统。

ABSTRACT

A previous study (Nissen & Schuster 2010) of 94 dwarf stars with -1.6 < [Fe/H] < -0.4 has revealed the existence of two distinct halo populations with a systematic difference in [alpha/Fe] at a given metallicity. In continuation of that work, abundances of Mn, Cu, Zn, Y, and Ba are determined for the same sample of stars. Equivalent widths of atomic lines are measured from high resolution VLT/UVES and NOT/FIES spectra and used to derive precise abundance ratios from an LTE analysis based on MARCS model atmospheres. Systematic differences between the `high-alpha' and `low-alpha' halo populations are found for [Cu/Fe], [Zn/Fe], and [Ba/Y], whereas there is no significant difference in the case of [Mn/Fe]. At a given metallicity, [Cu/Fe] shows a large scatter that is closely correlated with a corresponding scatter in [Na/Fe] and [Ni/Fe]. The metallicity trends of [Cu/Fe], [Zn/Fe], and [Ba/Y] can be explained from existing nucleosynthesis calculations if the high-alpha stars formed in regions with such a high star formation rate that only massive stars and Type II supernovae contributed to the chemical enrichment. The low-alpha stars, on the other hand, most likely originate from systems with a slower chemical evolution, characterized by additional enrichment from Type Ia supernovae and low-mass AGB stars.

研究动机与目标

• 探究此前基于[α/Fe]差异识别出的两类晕星——高-α与低-α星——在其他丰度比上是否也存在差异。
• 确定Mn、Cu、Zn、Y和Ba的丰度比是否可作为不同恒星形成历史与富集机制的化学示踪剂。
• 检验观测到的丰度趋势是否能由II型与Ia型超新星及AGB恒星的现有核合成模型解释。
• 通过将低-α星的丰度模式与现今的dSph星系及ω Cen球状星团进行比较，探讨其起源。
• 评估两组星群在[Mn/Fe]上无显著差异是否对当前化学演化模型构成挑战。

提出的方法

• 利用VLT/UVES和NOT/FIES的高分辨率光谱，测量94颗F、G和K型矮星（-1.6 < [Fe/H] < -0.4）的原子谱线等效宽度。
• 基于MARCS模型大气结构，采用局部热动平衡（LTE）分析推导丰度比。
• 以两颗厚盘星（HD 22879和HD 76932）为参考，进行差分丰度分析，以实现高精度。
• 重点分析[Mn/Fe]、[Cu/Fe]、[Zn/Fe]、[Y/Fe]和[Ba/Fe]，并使用[Ba/Y]作为中子俘获元素演化的代理。
• 将化学演化模型与观测趋势进行比较，特别评估II型超新星、Ia型超新星和低质量AGB恒星的贡献。
• 将丰度模式与现今dSph星系及ω Cen球状星团的丰度进行比较，以评估吸积情景。

实验结果

研究问题

• RQ1 高-α与低-α晕星群在[α/Fe]之外的丰度比（特别是Cu、Zn、Y和Ba）是否表现出系统性差异？
• RQ2 观测到的[Cu/Fe]、[Zn/Fe]和[Ba/Y]丰度趋势是否能由II型与Ia型超新星不同贡献的核合成模型解释？
• RQ3 尽管两组星群化学历史不同，为何在[Mn/Fe]上无显著差异？
• RQ4 低-α星的丰度模式是否与现今dSph星系或ω Cen球状星团相似，暗示其具有共同起源？
• RQ5 AGB恒星及Ia型超新星的延迟富集在塑造低-α星群的化学演化中扮演何种角色？

主要发现

• 高-α与低-α晕星群在[Cu/Fe]、[Zn/Fe]和[Ba/Y]上表现出显著差异，前者在相同[Fe/H]下具有更高的比值。
• [Cu/Fe]比值表现出较大的离散度，且与[Na/Fe]和[Ni/Fe]的离散度强相关，暗示其与恒星形成率及富集过程有关。
• 若高-α星形成于以大质量恒星和II型超新星为主导的高恒星形成率环境，则[Cu/Fe]、[Zn/Fe]和[Ba/Y]的丰度趋势与核合成模型一致。
• 低-α星可能起源于化学演化较慢的系统，其中Ia型超新星的延迟富集和低质量AGB恒星的贡献显著。
• 两组星群在[Mn/Fe]上无显著差异，对当前模型构成挑战，因为Mn主要由II型超新星产生，若恒星形成率是主要驱动因素，应表现出明显差异。
• 低-α星的丰度模式与现今dSph星系或ω Cen不完全一致，尽管[ Ni/Fe]和[Cu/Fe]存在部分重叠，暗示其起源更复杂，可能涉及差异性质量损失或AGB产物的选择性保留。