Интегрированный профиль металличности Млечного Пути

Природная астрономия, том 7, страницы 951–958 (2023 г.) Процитировать эту статью

2243 Доступа

282 Альтметрика

Подробности о метриках

Профили содержания тяжелых элементов в галактиках накладывают строгие ограничения на рост галактик и историю их сборки. Поскольку Млечный Путь в настоящее время является единственной спиральной галактикой, в которой мы можем измерить содержание химических веществ с временным разрешением, это позволяет понять происхождение градиентов металличности и их корреляцию с историей роста галактик. Однако до сих пор эти профили численности не были преобразованы в измерения интегрированного света, которые необходимы для сравнения Млечного Пути с общим населением галактики. Здесь мы сообщаем об измерении легковесного интегрированного профиля металличности звезд нашей Галактики. Мы обнаружили, что интегрированный профиль металличности звезд Млечного Пути имеет ∧-подобную ломаную форму со слегка положительным градиентом внутри галактоцентрического радиуса 7 кпк и крутым отрицательным градиентом снаружи. Этот нарушенный интегрированный профиль металличности Млечного Пути не уникален, но не является обычным среди звездообразующих галактик масс Млечного Пути, наблюдаемых в обзоре MaNGA и смоделированных в космологическом моделировании TNG50. Наши результаты показывают, что Млечный Путь может не иметь типичного распределения металличности для галактики такой массы, и, таким образом, дает ценную информацию о богатом разнообразии процессов обогащения галактик.

Наша родная галактика, Млечный Путь, обеспечивает уникальные и строгие ограничения на формирование и эволюцию галактик благодаря подробным наблюдениям с временным разрешением, которые мы можем получить от отдельных звезд. Однако интегральные свойства Млечного Пути плохо изучены, и это ограничивает детальный сравнительный анализ свойств Млечного Пути в контексте общей популяции галактик, для подавляющего большинства из которых измеримы только интегральные свойства.

С недавним появлением масштабных спектроскопических исследований, которые картируют миллионы звезд по всей Галактике, становятся возможными прямые измерения комплексных свойств звездного населения (например, содержания элементов) Млечного Пути. В этой работе мы представляем измерения радиального интегрального профиля металличности звезд нашей Галактики, тщательно учитывая функцию отбора данных, и проводим прямое сравнение с другими звездообразующими галактиками сходной массы как в локальной Вселенной, так и в космосе. космологическое моделирование формирования галактик.

Мы определяем интегральную металличность звезды (отслеживаемую содержанием железа, определяемую как \([{\rm{Fe}}/{\rm{H}}]=\log \left(\frac{{N}_{\ rm{Fe}}/{N}_{\rm{H}}}{\rm{N}_{{\rm{Fe}}_{\odot }}/{N}_{\rm{H} _{\odot }}}\right)\), где NFe/NH — соотношение чисел железа и водорода в данной звезде, а NFe⊙/NH⊙ — это соотношение на Солнце) профили от 2 до 15 кпк Млечный Путь с использованием химического состава, возраста и расстояний до отдельных звезд, полученных на основе спектров, наблюдаемых с помощью APOGEE1, и астрометрических данных Gaia2. Мы преобразуем наблюдения из выборки целевых звезд в собственное полное звездное население путем поправки на функцию отбора обзора для звезд различного содержания отдельно. Полученное распределение плотности светимости собственных популяций различной численности затем используется для расчета средневзвешенной металличности звезд (Методы).

Если учитывать звезды всех возрастов, то легковесная интегрированная металличность звезд Млечного Пути в целом является подсолнечной. Радиальный профиль интегральной металличности звезды имеет излом 6,9 ± 0,6 кпк с положительным наклоном 0,031 ± 0,010 dex кпк-1 внутри радиуса излома и отрицательным наклоном -0,052 ± 0,008 dex кпк-1 за его пределами (рис. 1 и Методы). Этот разрыв, однако, не наблюдается в профилях металличности одновозрастных популяций, которые либо плоские в интервале старости, либо крутые и отрицательные в более молодых звездных популяциях. Крутой градиент молодых популяций согласуется с наблюдениями за молодыми звездами и областями H ii в Млечном Пути3,4,5,6,7,8,9. Доля общей светимости старого (8–12 миллиардов лет) звездного населения, бедного металлами, уменьшается с радиусом, в то время как обратное верно для более молодых, более богатых металлами популяций. Это согласуется с более компактной радиально структурой, то есть с более коротким масштабом старой популяции10,11. Этот радиально меняющийся вклад старого, бедного металлами и молодого, богатого металлами звездного населения в диске приводит к положительному наклону профиля металличности во внутренней Галактике12. По той же причине отрицательный наклон во внешней Галактике отражает градиент молодых и среднего возраста популяций, которые доминируют на больших радиусах. Эти результаты предполагают интригующую связь между интегрированным профилем металличности звезд и структурной эволюцией Млечного Пути.