APOGEE 데이터에서 추출한 우리은하 Bulge 항성들에서 나타나는 α-elements Bimodality 현상 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The correlation of [α/Fe] vs. [Fe/H] observed from the Galactic stars has been studied for a long time as an indicator for tracking the chemical evolution of the Milky Way and estimating the age of its structures. Most of the α-elements are generated from Type II supernovae, which is the end of massive stars over 8M◉, and considerable amounts of Fe are generated from Type Ia supernovae, caused by influx of the mass of companion star to white dwarfs. Thus, comparing the incidence of these two supernovae over time, we can investigate the formation of the Galactic structures from the correlation of [α/Fe] vs. [Fe/H]. Commonly, the halo was inferred to be a metal-poor and α-rich population that had experienced explosive Type II supernovae earlier. The galactic bulge, formed at the same period with halo, had undergone not only Type II supernovae, but also extreme chemical evolution due to the high density environment which consists of stars and gases. As a result, it was interpreted to be a metal-rich and α-rich population. The disk, which is composed of relatively young stars, has a lower incidence of Type II supernovae than the bulge and halo, and it has also the cumulative effects of Type Ia supernovae. Hence, the Milky Way disk was considered a metal-rich and α-poor population. Over the last decade, it has been reported that the solar-neighboring disk stars drawn on the [α/Fe] vs. [Fe/H] plane consist of two distinct stellar populations. The low-α sequence, which is distributed in the wide [Fe/H] range and has a similar chemical composition with the sun, and the high-α sequence, which has relatively high [α/Fe] abundance, are considered the thin disk and the thick disk respectively due to their different kinematic characteristics. Moreover, the “high-O stars” recently discovered in the Galactic bulge (Zasowski et al. 2019) imply that the α-bimodality phenomenon is also exist in the bulge such as the disk. There is some doubt that these “high-O stars”, which consist of metal-rich and O-rich population, are just artifacts caused by spectral fitting error. According to the globular cluster origin bulge scenario, however, chemical patterns of the “high-O stars” could be originated from the remnants of metal-rich globular clusters that have merged and disrupted in the bulge. This paper studies the chemical patterns of the “high-O stars” and their spatial distribution. In order to carry out further research regarding the “high-O stars”, high-resolution spectroscopy is needed for the bulge field.

국문 초록 (Abstract)

우리은하 내의 별들로부터 관측되는 [α/Fe] vs. [Fe/H]의 상관관계는 우리은하의 화학적 진화를 추적하고 세부 구조의 나이를 추정하는 지표로서 오랫동안 연구되어 왔다. 8M◉ 이상의 무거운 별이 맞이하는 최후인 Type II 초신성으로부터 대부분의 α-elements가 생성되고, 백색왜성에 동반성의 질량이 유입되어 발생하는 Type Ia 초신성으로부터 상당량의 Fe가 생성되므로, 시간에 따른 Type II/Ia 초신성의 발생 빈도를 비교하면 [α/Fe] vs. [Fe/H]의 상관관계로부터 우리은하 세부 구조의 형성 과정을 추정할 수 있다. 전통적으로 우리은하 halo는 일찍이 Type II 초신성을 폭발적으로 겪은 metal-poor & α-rich population으로 여겨졌으며, halo와 비슷한 시기에 형성된 우리은하 bulge는 별과 가스가 높은 밀도로 밀집된 덕분에 매우 빠른 화학적 진화를 함께 거친 metal-rich & α-rich population으로 여겨졌다. 상대적으로 젊은 별들로 이루어진 우리은하 disk는 bulge와 halo에 비해 Type II 초신성의 발생 빈도가 낮았고, 점진적으로 Type Ia 초신성의 영향이 누적되어왔기 때문에 태양과 비슷한 화학 조성을 지닌 metal-rich & α-poor population으로 구성되었다. 그러나 지난 10년간 우리은하 disk에서 뚜렷한 α-bimodality가 관측된다는 사실이 보고되어 왔다. 넓은 [Fe/H] 범위에 분포하며 태양과 비슷한 화학 조성을 지닌 low-α sequence와 상대적으로 높은 [α/Fe]를 지닌 high-α sequence는 서로 다른 운동학적 특성으로 인해 각각 thin disk와 thick disk로 추정된다. 뿐만 아니라, 최근 우리은하 bulge에서 발견된 “high-O stars” (Zasowski et al. 2019)는 bulge에도 α-bimodality가 존재할 가능성을 암시하고 있다. Metal-rich & O-rich population인 “high-O stars”를 spectral fitting error로 의심하는 시각도 존재하지만, 최근에 제시된 globular cluster origin bulge scenario에 의하면 이들은 bulge에 추락하여 와해된 metal-rich globular clusters의 잔재일 가능성이 있다. 이 논문은 “high-O stars”의 공간 분포와 “high-O stars”에서 드러나는 화학적 특성을 추적하였다. “High-O stars”에 대한 더 정밀한 후속 연구를 진행하기 위하여 우리은하 bulge field에 대한 고해상도 분광 관측이 필요하다.