銀河系不同星族恒星的α元素豐度分布.pdf

1、太陽(yáng)附近長(zhǎng)壽命的F和G型矮星被稱為銀河系演化的活化石，其恒星大氣的元素豐度直接反映了銀河系不同演化階段的化學(xué)成分，為研究銀河系的結(jié)構(gòu)和化學(xué)演化提供了強(qiáng)有力的探針。因此，這類恒星一直是天文學(xué)的主要觀測(cè)目標(biāo)。
　　 我們的工作主要是大樣本恒星豐度的統(tǒng)計(jì)分析，我們的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包括兩部分：第一部分是我們使用國(guó)家天文臺(tái)興隆觀測(cè)站2.16米望遠(yuǎn)鏡及其附屬的折軸攝譜儀，得到的102顆F和G型矮星的高分辨率、高信噪比光譜，利用MIDAS軟件包進(jìn)行

2、光譜數(shù)據(jù)處理得到譜線的等值寬度，利用恒星大氣模型和原子譜線參數(shù)，得到了O、Mg、Si、Ca、Ti等α元素的化學(xué)豐度。第二部分是大樣本的恒星元素統(tǒng)計(jì)，選取了17篇文獻(xiàn)。兩部分樣本共得到了1161顆F和G型矮星(去除重復(fù)的恒星)，根據(jù)純運(yùn)動(dòng)學(xué)判據(jù)確定了每顆恒星的星族成分，其中薄盤星為672顆，厚盤星為281顆，暈星為60顆，其余48個(gè)樣本星為過(guò)渡恒星。
　　 我們的目的是通過(guò)大樣本的統(tǒng)計(jì)工作，分析α元素(Mg、Si、Ca、Ti)豐度

3、和O元素豐度在不同星族成分中的分布趨勢(shì)，進(jìn)而研究不同星族恒星的化學(xué)演化，為銀河系的形成和化學(xué)演化模型提供可靠的觀測(cè)約束。論文的第一部分首先簡(jiǎn)單介紹了樣本的選取標(biāo)準(zhǔn)和選取結(jié)果，并詳細(xì)分析了的樣本的完備性，討論了不同樣本之間豐度彌散。第二部分介紹了恒星運(yùn)動(dòng)學(xué)的有關(guān)知識(shí)和星族的劃分方法，計(jì)算了樣本恒星的空間速度并確定了樣本的星族成分。第三部分詳細(xì)討論了不同星族恒星α元素豐度[α/Fe]的演化趨勢(shì)，并討論分析了銀盤恒星α元素的豐度梯度。最后一部

4、分是結(jié)論和討論。
　　 通過(guò)對(duì)太陽(yáng)附近1113顆矮星的高分辨率光譜分析得到的元素豐度的統(tǒng)計(jì)分析，獲得到如下一些重要結(jié)果：
　　 (1)金屬豐度分布：薄盤恒星的金屬豐度范圍為-1.0<[Fe/H]＜＋0.5；厚盤恒星的金屬豐度范圍為-3.0<[Fe/H]<+0.5，覆蓋整個(gè)樣本的金屬豐度范圍；暈族恒星的金屬豐度范圍為-3.0<[Fe/H]<-0.7。因此，厚盤與薄盤恒星、厚盤與暈族恒星以及薄盤與暈族恒星的金屬豐度都存在交叉

5、重疊區(qū)域，不能從金屬豐度上嚴(yán)格區(qū)分三個(gè)不同的星族成分。
　　 (2)平均銀心距分布：薄盤恒星的Rm=5.5～10.0 kpc，主要分布在7.0～9.0kpc范圍內(nèi)；厚盤恒星的Rm=4.0～11.0kpc，主要分布在5.5～7.5kpc范圍內(nèi)；暈族恒星的Rm=4.0～10.0 kpc，主要分布在4.5～6.0kpc范圍內(nèi)。可見，薄盤、厚盤和暈族恒星的平均軌道半徑分布也是相互重疊的，不能嚴(yán)格區(qū)分。
　　 (3)最大法向距分布

6、：薄盤恒星在垂直銀道面方向的最大法向距Zmax<1kpc；厚盤恒星的Zmax=0.1～4kpc；暈族恒星的Zmax>1kpc。因此，薄盤與厚盤之間、厚盤與暈族恒星之間的最大法向距也存在部分重疊，不能嚴(yán)格區(qū)分。
　　 (4)α元素(Mg、Si、Ca、Ti)的豐度[α/Fe]在貧金屬星中相對(duì)超豐，但4種α元素的演化趨勢(shì)并不完全一致，而且[α/Fe]隨金屬豐度[Fe/H]的演化趨勢(shì)在薄盤和厚盤恒星中也是不同的。薄盤恒星中4種α元素的豐

7、度[α/Fe]隨[Fe/H]的增加呈線性下降趨勢(shì)，到達(dá)太陽(yáng)金屬豐度[Fe/H]=0時(shí)達(dá)到太陽(yáng)系的豐度即[α/Fe]=0。厚盤恒星中[α/Fe]隨[Fe/H]的增加并非呈單調(diào)下降趨勢(shì)，而且[Mg/Fe]的演化趨勢(shì)與其它3種α元素Si、Ca、Ti的演化也不完全一致：其中[Mg/Fe]在[Fe/H]<-1.5時(shí)隨[Fe/H]的增加呈線性下降趨勢(shì)，在[Fe/H]=-2.0～-0.7之間[Mg/Fe]幾乎呈平臺(tái)分布，但當(dāng)[Fe/H]>-0.7時(shí)[

8、Mg/Fe]又隨[Fe/H]的增加迅速下降直到太陽(yáng)系的豐度值；而其它3種α元素Si、Ca、Ti的豐度[X/Fe]一直隨[Fe/H]的增加呈線性下降趨勢(shì)，但在整個(gè)金屬豐度范圍內(nèi)并不是單一斜率下降，而是在[Fe/H]=-0.7處存在一個(gè)突然下降的“膝點(diǎn)”，即[α/Fe]隨金屬豐度[Fe/H]增加到達(dá)[Fe/H]=-0.7附近時(shí)有個(gè)突然的加速下降。
　　 (5)在厚盤和薄盤恒星金屬豐度相互重疊區(qū)域-1.0<[Fe/H]<+0.5內(nèi)，厚

9、盤恒星與薄盤恒星之間的[α/Fe]是混合在一起的，不能依據(jù)α元素豐度如[Mg/Fe]的大小嚴(yán)格地區(qū)分厚盤和薄盤恒星，但厚盤恒星[α/Fe]豐度的平均值明顯高于薄盤恒星。
　　 (6)對(duì)富金屬的薄盤恒星([Fe/H]>O)來(lái)說(shuō)，4種α元素Mg、Si、Ca、Ti的相對(duì)豐度[α/Fe]隨金屬豐度[Fe/H]的演化趨勢(shì)各不相同：[Mg/Fe]隨[Fe/H]的增加繼續(xù)下降到低于太陽(yáng)系的豐度；[Si/Fe]和[Ca/Fe]在[Fe/H]>0

10、時(shí)保持太陽(yáng)系豐度值不變；[Ti/Fe]隨著[Fe/H]的升高有微弱的增加趨勢(shì)。
　　 (7)[O/Fe]隨[Fe/H]的演化趨勢(shì)與[Mg/Fe]一致，但薄盤恒星[O/Fe]在[Fe/H]≈-0.4處存在一個(gè)膝狀下降。而[α/O]隨[O/H]的增加而線性下降，薄盤和厚盤的[α/O]也存在混合，不能嚴(yán)格區(qū)分，且厚盤星的豐度彌散較薄盤星大。
　　 (8)無(wú)論是厚盤、薄盤還是暈族恒星的[α/Fe]豐度都與恒星形成時(shí)的平均軌道半徑

11、Rm、以及離開銀道面的最大距離Zmax分布無(wú)關(guān)，即不存在α元素豐度梯度。薄盤和厚盤的α元素豐度[α/Fe]在Rm=7kpc時(shí)是勉強(qiáng)能夠分開的，但是還是有一部分的厚盤星與薄盤星混合；在銀盤縱向上，在Zmax=1kpc時(shí)薄盤和厚盤的α元素豐度[α/Fe]可以分開，但是同樣有部分厚盤星混合在薄盤區(qū)域內(nèi)。在Zmax=4kpc時(shí)，厚盤和暈星的[α/Fe]能夠明顯分開。
　　 (9)薄盤、厚盤和暈族恒星的運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)明顯不同，其中繞銀心旋轉(zhuǎn)的

12、軌道速度VLSR的區(qū)分更加明顯，薄盤恒星：VLSR>-60km/s，且Vtotal<90km/m；厚盤恒星：-180km/sVtotal>90km/m；暈族恒星：VLSR>-180km/s，且Vtotal>200km/s。此外，三個(gè)星族成分的速度彌散也不同，由薄盤到厚盤再到暈星的速度彌散依次增大。但恒星的α元素豐度[α/Fe]與運(yùn)動(dòng)學(xué)速度之間沒有相關(guān)性，且既存在一些具有典型薄盤恒星[α/Fe]豐度而

13、運(yùn)動(dòng)學(xué)上屬于厚盤的恒星，也存在一些具有典型厚盤恒星[α/Fe]豐度而運(yùn)動(dòng)學(xué)上屬于薄盤的恒星。
　　 (10)暈族恒星的[α/Fe]豐度也呈現(xiàn)隨[Fe/H]增加而下降的趨勢(shì)，但暈族恒星[α/Fe]豐度的彌散遠(yuǎn)大于豐度的分析誤差，且與厚盤恒星的α元素豐度存在嚴(yán)重的混合，存在一些[α/Fe]豐度低于薄盤的所謂貧α元素暈星。
　　 這些統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，雖然平均來(lái)講厚盤恒星的[α/Fe]豐度高于薄盤恒星，但在金屬豐度重合區(qū)域內(nèi)[α/