[论文解读] uvby(-$β$) photometry of high-velocity and metal-poor stars X. Stars of very low metal abundance: observations, reddenings, metallicities, classifications, distances, and relative ages

W. J. Schuster, Timothy C. Beers+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 27, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 63被引用 28

一句话总结

本研究基于HK巡天对411颗极低金属丰度恒星进行了uvby-β测光，利用恒星固有色指数校准和$c_0$–$(b-y)_0$图，推导出星际消光、金属丰度、测光分类、距离和相对年龄。研究发现，部分极低金属丰度场星的年龄比球状星团M92年轻1–3 Gyr，表明银河系晕中可能存在晚期吸积或分层形成过程，导致低金属丰度物质的积累。

ABSTRACT

uvby(--$β$) photometry has been obtained for an additional 411 very metal-poor stars selected from the HK survey, and used to derive basic parameters such as interstellar reddenings, metallicities, photometric classifications, distances, and relative ages... These very metal-poor stars are compared to M92 in the c_0,(b-y)_0 diagram, and evidence is seen for field stars 1-3 Gyrs younger than this globular cluster. The significance of these younger very metal-poor stars is discussed in the context of Galactic evolution, mentioning such possibilities as hierarchical star-formation/mass-infall of very metal-poor material and/or accretion events whereby this material has been acquired from other (dwarf) galaxies with different formation and chemical-enrichment histories

研究动机与目标

• 利用uvby-β测光，准确推导极低金属丰度（VMP）场星的星际消光、金属丰度、测光分类、距离和相对年龄。
• 评估Schlegel等人（1998）消光图与Schuster & Nissen（1989）固有色指数校准之间消光估计的一致性。
• 在$c_0$–$(b-y)_0$图中对VMP恒星进行分类，并与球状星团序列比较其演化状态。
• 评估基于$uvby$和$UBV$测光的VMP恒星测光距离估计，特别是对极端金属丰度的恒星。
• 探讨VMP恒星相对于M92年龄更年轻的含义，及其对银河系晕形成的影响，包括吸积与分层恒星形成。

提出的方法

• 使用墨西哥圣佩德罗马蒂尔（San Pedro Mártir）和智利拉西拉（La Silla）的1.5米望远镜对411颗VMP恒星进行了UVBY-β测光，数据通过标准技术进行降质与校准。
• 利用Schlegel等人（1998）的尘埃图与Schuster & Nissen（1989）的固有色指数校准，估算星际消光，从$\beta$和$(b-y)_0$指数推导$E(b-y)$与$E(B-V)$。
• 结合HK巡天中的Ca II K线指数与$uvby$和$UBV$测光，利用$T_{\rm eff}$和重力的实测校准，推导金属丰度[Fe/H]。
• 基于Hipparcos数据和VandenBerg等人以及Bergbusch & VandenBerg（2001）的理论等龄线，通过$M_V$校准计算测光距离，转换至$uvby$系统。
• 利用$c_0$–$(b-y)_0$图将恒星分类为演化阶段（如红巨星、水平分支、亚矮星），并与球状星团序列比较。
• 对具有高$m_1$或$[m_1]$指数的异常恒星进行标记，并分析其可能为双星伴星、光度变异性或化学异常。

实验结果

研究问题

• RQ1 Schlegel等人（1998）的消光图估算的消光值是否与Schuster & Nissen（1989）的固有色指数校准结果一致？
• RQ2 $c_0$–$(b-y)_0$图是否能有效将VMP场星分类为与球状星团序列相似的演化序列？
• RQ3 基于$uvby$和$UBV$测光的VMP恒星测光距离估计是否一致，特别是在[Fe/H] < -2.0时？
• RQ4 是否存在显著比球状星团M92年轻的VMP恒星？这对银河系晕形成有何含义？
• RQ5 某些VMP恒星中高$m_1$或$[m_1]$指数的异常原因是什么？其与分类错误或恒星异常特性有何关联？

主要发现

• Schlegel等人（1998）消光图的消光估计与Schuster & Nissen（1989）固有色指数校准结果高度一致，未发现显著系统偏差。
• $c_0$–$(b-y)_0$图成功将VMP场星分类为演化序列，包括红巨星、水平分支和亚矮星，与球状星团序列一致。
• 基于$uvby$和$UBV$测光的测光距离估计结果合理一致，验证了尽管存在外推挑战，Hipparcos基$M_V$校准在VMP恒星中的适用性。
• 发现一组VMP恒星比球状星团M92年轻1–3 Gyr，且M92的[Fe/H]标度不确定性可能进一步增大这一年龄差异。
• 具有高$m_1$或$[m_1]$指数的异常恒星被识别为可能误分类的AGB星，具有异常元素丰度、光度变异性或双星伴星；另有十颗蓝星跳跃者表现出接近太阳[Fe/H]的测光指数，与HK巡天的[Fe/H]估计存在显著差异。
• 年轻VMP恒星的存在支持分层恒星形成或来自具有独立化学演化历史的矮星系的低金属丰度物质吸积模型。