河外恒星考古的化学丰度精度预测

日益强大且多目标的光谱设施有望为银河系（MW）之外星系中数百万颗已分辨恒星提供详细的化学丰度模式。在此，我们采用 Cramér-Rao 下界（CRLB）来预测，对于 MW 之外的贫金属低质量恒星，41 种当前（如 Keck、MMT、VLT、DESI）与规划中（如 MSE、JWST、ELTs）光谱仪配置可测量其恒星丰度的精度。我们表明，蓝光学波段（$\lambda\lesssim4500$ Å）的中等分辨率（$R\lesssim5000$）光谱（i）在相似或更高分辨率（$R\sim 10000$）下，可比红光学波段（$5000\lesssim\lambda\lesssim10000$ Å）光谱恢复多 2–4 倍的元素，且（ii）可将若干中子俘获元素的丰度限制到 $\lesssim$0.3 dex。我们进一步表明，当使用全谱拟合技术建模时，高分辨率（$R\gtrsim 20000$）、低信噪比（$\sim$10 pixel$^{-1}$）光谱含有丰富的丰度信息。我们证明 JWST/NIRSpec 与 ELTs 可分别恢复本星系群中贫金属红巨星的（i）约 10 与 30 种元素，以及（ii）在适中积分时间内对远至数 Mpc 星系中已分辨恒星的 [Fe/H] 与 [$\alpha$/Fe]。我们表明部分文献丰度与我们的 CRLB 相差在约 2 倍（或更好）以内。我们建议在规划恒星光谱观测时，应像使用 ETCs 一样使用 CRLBs。我们包含一个开源 python 包 \texttt{Chem-I-Calc}，允许用户计算其所选光谱仪的 CRLBs。