구상성단 오메가 센타우리를 구성하는 적색거성가지 별들의 중분산 분광 관측

Abstract

본 논문은 구상성단 오메가 센타우리 (Omega Centauri; ω Cen)의 별들을 분광 관측하여 중원소 함량을 측정하고, 측정된 중원소 함량을 바탕으로 오메가 센타우리를 구성하는 다중 항성 종족을 이해하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO)의 Blanco 4미터 망원경과 Hydra multi-fiber spectrograph를 이용하여 805개의 하부 적색거성가지 (Red Giant Branch; RGB) 별을 분광 관측하였다. Spectral Matching Technique (SMT)를 이용하여 관측을 통해 얻어진 스펙트럼으로부터 유효 온도, 표면 중력, [Fe/H], [α/Fe], 시선 속도를 포함한 별의 물리량을 측정하였고, 추가적인 방법을 통해 Ca HK' 흡수선 세기를 측정하였다. 기존의 연구를 통해 알려진 바와 같이 관측된 별들의 중원소 함량이 넓은 범위 (-2.2 < [Fe/H] < -0.5)에 걸쳐 분포하고, 중원소 함량 분포에서 여러 개의 하위 항성종족을 지시하는 정점이 나타나는 것을 확인하였다. 무거운 α 원소에 속하는 Ca 함량의 경우, 다중 항성 종족을 갖는 다른 구상성단 연구에서 밝혀진 바와 같이 넓은 분포에 걸쳐 분포하였다. 대부분의 별들의 경우 HK' 값은 중원소 함량이 증가함에 따라 점차 증가하는 경향을 보였는데 (Ca-normal star), 같은 중원소 함량을 가지는 별들 중에서도 HK' 함량이 낮은 일부 별들 (Ca-deficient star)이 관측되었다. 공간 분포의 경우 Ca-normal star가 성단 전체에 걸쳐 산발적으로 퍼져 있는 반면에, Ca-deficient star는 성단 중심부에 매우 밀집되어 있는 것을 확인하였다. ω Cen은 지금보다 훨씬 큰 왜소은하가 우리 은하에 병합되면서 만들어 진 것으로 생각되고 있다. 따라서, 그 큰 규모로 인해 별이 활발하게 형성되는 은하의 중심부와 바깥부분의 원소 함량 차이가 존재하였고, 바깥부분에 존재하던 Ca 함량이 낮은 가스가 중심에서 활발한 별 형성이 일어난 후에 중심부에 모여들어 Ca-deficient star를 형성하였을 것이라고 추측한다.;Omega Centauri (ω Cen), the most massive globular cluster in the Milky way, is considered a nucleus of a merged dwarf galaxy, as evidenced by its multiple stellar populations with distinct chemical abundances. To better understand chemical properties of these stars, we collected medium-resolution (R~2,500) spectra of 805 stars in the cluster’s red giant branch within a narrow magnitude range, using Hydra multi-fiber spectrograph at the Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) Blanco 4-m telescope. Stellar parameters, including [Fe/H], [α/Fe], effective temperature, surface gravity and radial velocity, are derived from a comparison with synthetic model spectra. Additional line indices are measured including Ca HK'. Our derived metallicity distribution function shows several peaks that are consistent with previous studies. Such localized peaks are absent in the [α/Fe] distribution function, but a single Gaussian is in sufficient to fully account for its observed feature. Most importantly. We find that there is a large dispersion in HK' index at fixed [Fe/H]. While most of the stars in our sample show stronger HK' values at higher [Fe/H], following an almost constant [Ca/Fe], about 10% of stars exhibit significantly weaker Ca line strengths. Most of these Ca-deficient stars are located in the central part of the cluster. This suggests that a progenitor dwarf galaxy of ω Cen has once contained a large reservoir of α-poor gas, which has been processed by Type Ia supernovae in its outskirts with low star-formation efficiency, and subsequently been lost by the Galactic tidal field. Only a small fraction of this gas would have been funneled into the core of the progenitor galaxy, perhaps by the Galactic plane passage, when the active star formation in the core has almost consumed its Ca-rich gas to make stars.