北京天文馆与北师大天文系恒星物理团组联合研究工作取得新进展

近日，北京天文馆与北京师范大学天文系恒星物理团组联合研究工作取得新进展。恒星的年龄对于研究银河系的形成与演化历史至关重要。在使用恒星模型测定恒星年龄时，模型的金属元素混合模式，即恒星内部每种金属元素的相对比例，会影响恒星的不透明度，改变恒星内部热结构，进而影响恒星的演化时长。一般来说，恒星模型中使用的金属元素混合模式是太阳的金属元素混合模式，另一种普遍存在的模式为α增丰模式，即α元素（氧、氖、镁、硅、硫、钙、钛）同等程度地高于太阳。然而，近年来的大规模巡天观测，如GALAH、LAMOST，都显示出O元素的增丰程度和其它α元素有明显不同。在模型测试中也发现，单独考虑氧元素的增丰，会显著改变年龄的测定结果。因此，为获得更可靠的恒星年龄，我们需要区别考虑氧元素丰度和其他α元素丰度，从而更好地刻画恒星的年龄-化学元素丰度关系。

在本工作中，我们首次在大样本研究中应用了单独考虑氧元素丰度的恒星模型，测定了67503颗LAMOST矮星和4006颗GALAH矮星的年龄。结果表明，氧增丰模型与传统的α增丰模型相比，会造成约9%的年龄差异。这两种模型之间的年龄差异与[Fe/H]和[O/α]相关，其中[Fe/H]小于−0.6 dex的恒星更显著（图1）。[O/α]每改变0.2 dex, 将使类太阳金属丰度恒星（−0.2 < [Fe/H] < 0.2）年龄改变约10%，相对贫金属的恒星（−1 < [Fe/H] < −0.2）年龄改变约为15%。当[O/α]≈0.4 dex时，[Fe/H] < −0.6 dex的恒星年龄会年轻约33%到42%。这种较为显著的年龄差异，提示我们在利用恒星模型测定贫金属矮星年龄时需要谨慎考虑氧元素丰度变化带来的影响。

分析这些恒星的化学特征发现，样本星从90亿年前到50亿年前，会出现金属丰度随年龄减小而降低的趋势。在这个时期，这些星的氧丰度会随着年龄减小而逐渐增加，暗示较年轻的星族会更富氧。（图2、图3）

该论文已发表在天体物理学报增刊（2023，ApJS，268，29），北京师范大学在读博士孙天成是论文第一作者，北京天文馆副研究员葛志帅为通讯作者。

文章链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/ace5b0

图1 两种模型年龄差随金属丰度的变化

图2 LAMOST样本星年龄-金属丰度关系

图3 GALAH样本星年龄-金属丰度关系

文：葛志帅、孙天成

图：孙天成