Shimako Yamada 1 Takuma Suda 2 Yutaka Komiya 2 Masayuki, Y. Fujimoto 1 , 3
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Transcript of Shimako Yamada 1 Takuma Suda 2 Yutaka Komiya 2 Masayuki, Y. Fujimoto 1 , 3
Shimako Yamada1
Takuma Suda2
Yutaka Komiya2
Masayuki, Y. Fujimoto1, 3 1: Hokkaido Uni., 2: NROJ, 3: Hokkaigakuen Univ.
Two modes of star formation in the Galaxy derived by the
Galactic archaeology
Galactic Archeology Near Field Cosmology
WMAP SUBARU
Fe / H[Fe / H] log
Fe / Hn nn n
e e
Most iron-poor star[Fe/H]=-5.6
• Formation and evolution of stars in the early universe• Nature of first stars and first supernovae• Galaxy formation process ⇔ IMF
?
• Extremely Metal-Poor (EMP) stars ([Fe/H] ≲ -2.5)= “Messengers from the early universe”
– Stars formed in the proto-galaxy in the early universe. and low-mass stars are still alive near to us.
(Type Ia の寿命より短い ) low-[Fe/H] の場合
② Supernova(SN) yields with metallicity dependence
[ ]XFe m
星の組成比から何がわかるのか?[ ] ([ ])FeX
Fe Hm[X/Fe] 平均値の変動差 : 星形成率
IMF超新星の Fe 依存性
星形成率
[ ]XFe m Type II SNe が多い 星形成率高いHigh-
Fe 生成小・寿命短い[ ]X
Fe m Type Ia SNe が多い 星形成率低いLow-Fe 生成大・寿命長い全ての元素に対して平均値の変動差が等しい
IMF 超新星の Fe 依存性必ずしも全ての元素に対して平均値の変動差は等しくない
本研究1. Milky Way の Enrichment history ( 鉄の増加に伴う星の組成比の変動 ) を調べる2. 星の元素組成の空間分布を調べた– SAGA database (http://saga.sci.hokudai.ac.jp) のデータ ( 星の元素組成 , 位置 , 速度 ) を使った
3. 解析で得られた、星形成率 , IMF, の情報から銀河形成過程を考える
2σ
[C/Fe]
t-value
[ ]CFe m
3σ
平均値
0.3 dex [Fe/H] bin 0.4 dex [Fe/H] bin 0.25 dex [Fe/H] bin
Enrichment history of Carbon
[Fe/H]
平均値 [X/Fe]m の差
平均値の差の誤差
2 21 2
1 2
1 2t-values sN N
X X
Welch’s t-test:2 つの母集団の平均値の有意差を検出する統計テスト
[Fe/H] ⋍ -1.8, -2.2 において有意水準 2-3σ を越える平均値の変動を検出
異なる [X/Fe]ave で特徴づけられた 4 つの種族[X/Fe]ave (dex)
Mg Si Ca Ti II Ni Co Zn
Pop IIa 0.34 0.43 0.29 0.32 0.00 0.45 0.44 UMP [Fe/H] <-3.2
Pop IIb 0.38 0.45 0.36 0.33 0.00 0.28 0.21 EMP -3.2<[Fe/H] <-2.2
Pop IIc 0.42 0.39 0.34 0.31 0.01 0.12 0.09 VMP-2.2<[Fe/H] <-1.8
Pop IId 0.36 0.31 0.30 0.26 -0.05 - 0.00 MP -1.8<[Fe/H] <-1
種族 主な支配領域
[X/Fe]ave ~ 0.1-0.2 dex の有意な平均値の差
[Fe/H] ⋍ -1.8,-2.2,-3.2 で有意な平均値の差を検出
有意な平均値の差: Δ[X/Fe]ave
Δ[X/Fe]ave at [Fe/H] ⋍ -1.8
- C, Mg, Si, Ca, TiII, Ni, Zn(ALL 元素 )- Δ[X/Fe]ave ⋍ - 0.1 ( 同程度 )
Δ[X/Fe]ave at [Fe/H] ⋍ -1.8
(Pop IIc Pop IId)
全ての元素に対して平均値の変動差が等しい 星形成率低いΔ[X/Fe]ave at [Fe/H] ⋍ -3.2, -2.2 (Pop IIa Pop IIb Pop IIc)
- C, Co, Zn ([Fe/H] ⋍ -2.2; 特定の元素 )- Co, Zn ([Fe/H] ⋍ -3.2; 特定の元素 )
Δ[X/Fe]ave at [Fe/H] ⋍ -2.2
Δ[X/Fe]ave at [Fe/H] ⋍ -3.2
特定の元素に対して平均値の変動差が見られる IMF の変化 or 超新星の Fe 依存性
Distributions of stars along vertical distance from the Galactic disk (Z)
Concentrated
Extended
小
[Fe
/H]
大
MP
VMP
EMP
EMP
UMP
VMP, MP Disk 面に集中した成分UMP, EMPDisk 面から広がった成分が現れる
MP:-1>[Fe/H]>-1.8VMP:-1.8>[Fe/H]>-2.2EMP:-2.2>[Fe/H]>-3.2
UMP:-3.2>[Fe/H]
[Zn/Fe] の空間分布|Z|<500 pc |Z|>500 pc
Pop IId[Zn/Fe]=0
Pop IIc[Zn/Fe]=0.1
Pop IIb[Zn/Fe]=0.2 Pop IIc
[Fe/H]
[Fe/H]=-2.2
[Fe/H]
[Fe/H]=-2.2
0.1 dexUP
Δ[X/Fe]ave at [Fe/H] ⋍ -2.2 (Pop IIb Pop IIc) IMF の変化 or 超新星の Fe 依存性 Disk 面からの高さ ( 空間 ) に依存
Hierarchical Galaxy Formation
HERMES program(Hierarchical Evolution Researcher by MEtal-poor Stars)
Early chemical evolution with•Structure formation •Top heavy IMF •Binary •Accretion of ISM•First star
1) ハローの衝突・合体プロセスによる銀河形成
Mini-halos ~106 M☉
中心ポテンシャル大Pre-Galaxy
Gas, stripped off their host halos and trapped in Pre-Galaxy
2 ) Gas clouds moving in the gravitational fields of pre-Galaxy to be flattened & form disk-like structure.
Low-mass
Disk 面に集中した成分星形成サイト:
High-mass/top-heavy
Disk 面から広がった成分星形成サイト:
Pre-Galaxy
Pop IIc,Pop IIdPop IIa, Pop IIb Disk 形成
Two mode of star formation
Host-halo
Host-halos
IMF
Pre-Galaxyflattened & disk-like structures
High-mass/top-heavy
Host-halos
Low-mass or no top-heavy
Pre-Galaxy
IMF
Summary• C, Mg, Si, Ca, Ti II, Co, Ni, Zn の Enrichment histories を調べた• [Fe/H] ⋍ -1.8,-2.2,-3.2 で有意な平均値の差 (Δ[X/Fe]m) を検出• 異なる [X/Fe]ave で特徴づけられた 4 つの種族 を同定
• Δ[X/Fe]ave at [Fe/H] ⋍ -1.8 (Pop IIc Pop IId)– 全ての元素で同程度の Δ[X/Fe]ave~0.1 dex 星形成率低い
• Δ[X/Fe]ave at [Fe/H] ⋍ -2.2 (Pop IIb Pop IIc) – 特定の元素で変動が見られる & 空間分布に依存 IMF の変化
種族 Pop IIa Pop IIb Pop IIc Pop IIdUMP
[Fe/H] <-3.2EMP
-3.2<[Fe/H] <-2.2VMP
-2.2<[Fe/H] <-1.8MP
-1.8<[Fe/H] <-1IMF Top-heavy /High-mass Low-mass
空間分布 Disk 面から広がった成分 Disk 面に集中した成分
主な支配領域