太阳邻域恒星的元素丰度分析

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太阳邻域的F型和G型矮星被看做是能反映银河系化学演化历史的“活化石”,其化学丰度对我们了解银河系的起源和演化过程有着重要意义。我们的工作就是通过观测这类恒星中各种元素的化学丰度,研究恒星的化学演化,进而探究银河系的结构和化学演化。利用中国科学院国家天文台兴隆观测基地的2.16米望远镜及其附属的光纤摄谱仪(HRS),观测获得了来自Geneva-Copenhagen Survey(GSC)星表的100颗太阳邻域的F型和G型矮星的高分辨率(R≈40000)、高信噪比(S/N≥100)光谱。采用IRAF软件包进行一维光谱的抽取和等值宽度的测量,并利用Kurucz的局部热动平衡大气模型,利用ABUNTEST8程序包分别计算出100颗样本星的Na、Mg、Al、Si、Ca、Ti、Cr、Ni、Fe、Zn、Y、Ba、O等13种元素的化学丰度。结合恒星运动学的星族成分划分标准、恒星年龄、恒星平均轨道半径及离开银道面的距离等相关信息,分析了不同星族成分的元素丰度分布,得到了以下主要结论。(1)薄盘恒星和厚盘恒星的ɑ元素(Mg、Si、Ca、Ti、O)丰度不能完全分开,在我们的样本范围中,既存在运动学属于薄盘,但[α/Fe]属于厚盘的恒星,也存在运动学属于厚盘,但[α/Fe]属于薄盘的恒星。厚盘星的[α/Fe]整体高于薄盘星的[α/Fe],但是在-0.7≤[Fe/H]≤-0.3的范围内存在较为严重的混合。(2)薄盘星和厚盘星的[O/Fe]无明显分离,但厚盘星的O元素丰度平均高于薄盘星,且元素丰度随金属丰度的增加而持续减小,这一现象存在于整个样本范围内,并且在[Fe/H]=-0.3附近存在膝状下降(knee)现象。(3)对于铁族元素(Cr、Ni、Zn),各元素的丰度分布并不完全一致,Cr和Ni的元素丰度整体在零附近。对于这三种元素,样本中的厚盘星的元素丰度没有整体高于薄盘星的趋势,且薄、厚盘的恒星存在明显混合,从元素丰度上很难将二者区分开。(4)对于奇Z元素(Na、Al)来说,我们的结果表明[Na/Fe]基本上与铁族元素的演化趋势一致,整体上与[Fe/H]没有相关性,且厚盘和薄盘恒星的[Na/Fe]也没有明显区分,但对[Fe/H]>0的富金属盘星,[Na/Fe]表现出随金属丰度的增加而略微增加的趋势。[Al/Fe]随[Fe/H]的关系和ɑ元素相似,厚盘星的丰度平均高于薄盘恒星。(5)中子俘获元素(Ba、Y)的元素丰度在薄盘和厚盘恒星之间同样存在明显混合,且Ba和Y有着相近的丰度分布,与ɑ元素明显不同的是,其薄盘星的丰度普遍高于厚盘星的丰度,且薄盘星的丰度弥散更大。(6)在太阳附近的内盘,厚盘恒星存在一个负的[ɑ/Fe]径向丰度梯度,而对外盘的厚盘恒星而言,随着Rm的增加,厚盘恒星的[ɑ/Fe]丰度又会微弱增加。而薄盘恒星的[ɑ/Fe]存在一个正的径向丰度梯度。尽管薄盘和厚盘恒星的[ɑ/Fe]没有一个确切的分界,但平均来讲厚盘恒星的[ɑ/Fe]要高于薄盘。(7)薄盘星和厚盘星在Z方向也无法完全分开,样本中的薄盘星主要分布在Zmax≤0.5kpc的范围内,厚盘星则在0kpc≤Zmax≤2kpc的范围内分布的比较均匀。(8)关于恒星年龄和金属丰度,样本中的厚盘星的年龄整体高于薄盘星,且ɑ元素丰度随恒星年龄的增加而增加,所以存在恒星年龄-金属丰度关系。这些结果表明,虽然薄盘星和厚盘星的元素丰度在统计平均的结果上存在差异,但我们无法通过元素丰度把薄盘恒星和厚盘恒星准确的区分开,即使对于ɑ元素也是如此,在[Fe/H]=-0.5附近丰度存在严重混合。因此,对于不同星族元素丰度能否准确区分,以及通过运动学特征划分星族成分的可靠性,仍然需要更多的样本来进行进一步的研究。
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