基于轻元素成分分析的球状星团星族组成研究

Globular clusters (GCs) are important objects in the study of astrophysics. In recent years, taking advantage of the large-scale telescopes accompanied with multi-object high-resolution spectrograph and the high-accuracy photometry, multiple stellar populations in GCs have been discovered and currently accepted as one of their common features. However, the diversity of the distributions of light-elemental abundances and the appearances of (pseudo-)CMDs of GCs challenges our understanding of multiple populations, making its formation scenario become a hot topic of this research field. This project aims to provide deep insight into the stellar population composition in GCs by combining the currently available photometric data, light-elemental abundances and high-resolution spectroscopic data, where the distribution ranges of light-elemental abundances of the photometric-identified stellar populations will be determined. Based on the light-elemental abundances, the population classification will be clarified and simplified, and a population classification method/criterion will be established. The light-elemental enrichment history of GCs will also be intensively studied. The results of this project can provide important constrains for the theoretical study of the formation of multiple stellar populations in GCs.

球状星团是天文领域的重要研究对象。近年来，随着大口径望远镜配合多目标高分辨率光谱仪以及高精度测光的应用，球状星团具有多个星族成分的现象被逐渐揭示，并被接受成为球状星团的普遍特征，但它们在轻元素丰度和测光数据的分布上所表现出的多样性给理解多星族的形成过程带来了极大挑战，使得研究多星族的形成机制日益成为本领域的热点。本项目将深入挖掘已存在的测光数据和轻元素丰度及高分辨率光谱数据，从“测光-元素丰度（光谱）”相结合的角度对银河系球状星团的星族组成进行分析，确定通过测光数据分辨出的各星族对应的轻元素丰度范围，依此分析星族组成情况并对星族划分在元素丰度上加以明确和简化，确定一套基于元素丰度的星族划分方法（或标准），同时深入分析球状星团的轻元素增丰历史。本项目的研究结果将为球状星团多星族形成的理论研究提供更加细致全面的观测限制，推动球状星团多星族研究的发展。

近年来，包含多个具有不同化学组成的星族已被公认为银河系年老球状星团的普遍特征，同时，部分麦哲伦云中的年轻星团也表现出具有化学丰度变化的多星族特征。尽管已经有多种理论模型尝试对星团的多星族现象进行解释，目前仍没有任何一个模型可以理想得符合所有观测特征。本项目利用测光和光谱数据对多个星团的星族组成进行了研究。证明星团Lindsay113和NGC419中不存在多星族，星团Palomar13、Eridanus、NGC2121和NGC1978中存在多星族，为星团多星族的研究提供了重要观测数据，其中Palomar13是目前已知的质量最小的具有多星族的星团。根据对小质量星团的分析，大量质量损失是形成具有多星族的极低质量星团的重要因素。本项目中还首次对星团的初始质量、年龄和多星族的关系进行了分析，并按星团的起源进行了分类研究，发现具有多星族的星团的初始质量和年龄之间存在轻微的正相关关系，并得到年轻和年老的多星族星团的最低初始质量分别为logM ∼ 4.98和5.26，为多星族形成提供了星团临界质量参考，为星团多星族的理论研究提供了重要观测数据。