[論文レビュー] A Gaia DR2 view of the Open Cluster population in the Milky Way

T. Cantat-Gaudin, C. Jordi+11 more|arXiv (Cornell University)|May 22, 2018

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、ガイヤ DR2のサブミリアーキセコンド級の天体測位とミリマグの光度測定を活用し、銀河系中に1,229個の散開星団を特定した。非教師ありメンバー割り当てアルゴリズム（UPMASK）を用いて、一貫性のある正確な距離とメンバー一覧を導出した。60個の新たな散開星団の発見を報告し、若い星団が銀河の平面および渦状腕に従って分布しているのに対し、古い星団はより広がっており、高い銀河座標および大きな銀河中心からの半径に位置していることが確認された。

ABSTRACT

Open clusters are convenient probes of the structure and history of the Galactic disk. They are also fundamental to stellar evolution studies. The second Gaia data release contains precise astrometry at the sub-milliarcsecond level and homogeneous photometry at the mmag level, that can be used to characterise a large number of clusters over the entire sky. In this study we aim to a establish list of members and derive mean parameters, in particular distances, for as many clusters as possible, making use of Gaia data alone. We compile a list of thousands of known or putative clusters from the literature. We then apply an unsupervised membership assignment code, UPMASK, to the Gaia DR2 data contained within the fields of those clusters. We obtained a list of members and cluster parameters for 1229 clusters. As expected, the youngest clusters are seen to be tightly distributed near the Galactic plane and to trace the spiral arms of the Milky Way, while older objects are more uniformly distributed, deviate further from the plane, and tend to be located at larger Galactocentric distances. Thanks to the quality of GaiaDR2 astrometry, the fully homogeneous parameters derived in this study are the most precise to date. Furthermore, we report on the serendipitous discovery of 60 new open clusters in the fields analysed during this study.

研究の動機と目的

• ガイヤ DR2データのみを用いて、散開星団のメンバーおよびパラメータの包括的かつ一貫性のあるリストを整備すること。
• 外部の光度測定や分光測定データに依存せずに、銀河系全域の散開星団の正確な距離および運動学的性質を導出すること。
• ガイヤ DR2の天体測位および光度測定データの系統的分析を通じて、これまでに未知であった散開星団を同定すること。
• 年齢に応じた散開星団の空間的分布を特徴づけ、銀河円盤構造および進化に関する知見を明らかにすること。
• 将来的な星の進化、化学的進化、および銀河系内での動的過程に関する研究のためのベンチマークデータセットを提供すること。

提案手法

• 非教師ありメンバー割り当てアルゴリズムであるUPMASKを、既知または仮の散開星団の空間的範囲内に存在するガイヤ DR2データに適用した。
• 星の位置、自己運動、視差の分布を、星団中心からの相対的位置に基づいて、確率的クラスタリング手法を用いてメンバーを特定した。
• 特に視差（したがって距離）を含む星団の平均パラメータは、メンバー星の天体測位の中央値を用いて導出された。ガイヤ DR2の高精度を活かした。
• 文献からの星団年齢情報を利用して、サンプルを年齢ごとに分類し、若い星団と古い星団の空間的分布を分析した。
• 既知の星団との照合チェックと、空間的集中度の過剰および運動学的整合性の観点からの新候補の同定を通じて、手法の妥当性を検証した。
• 距離推定にはベイズ的手法が暗黙的に仮定されていたが、外部依存性を避けるために、本研究では光度測定データは使用しなかった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ガイヤ DR2が明らかにする銀河系内における散開星団の空間的分布はどのようなものか。年齢に応じてどのように変化するか。
• RQ2 UPMASKのような非教師ありアルゴリズムは、ガイヤ DR2の天体測位データのみを用いて、信頼性高くメンバーを同定し、一貫性のある星団パラメータを導出できるか。
• RQ3 ガイヤ DR2データから、いくつの新たな散開星団を同定できるか。それらの基本的特徴は何か。
• RQ4 若い散開星団は、古い星団と比較して、銀河の平面および渦状構造をどの程度追跡しているか。
• RQ5 遠方の星団に対して、ガイヤ DR2の視差のみから距離を導出する際の限界は何か。今後の改善策は何か。

主な発見

• 本研究では、1,229個の散開星団（うち60個が新規発見）を同定し、ガイヤ DR2の視差のみを用いて一貫性があり正確な距離推定がなされた。
• 若い散開星団は銀河の平面に強く集中しており、渦状構造を追跡しているが、古い星団はより均等に分布しており、高い銀河座標に位置している。
• 内側の円盤領域（R_GC < 7 kpc）では古い星団がまれであるため、密度の高い内側領域での破壊や、外向きの移動といった動的進化の可能性が示唆された。
• 星団の分布は、若い星団が銀河円盤の対称面に従って分布しているのに対し、古い星団はより大きなスケール高さと、より大きな銀河中心からの距離を示していることを確認した。
• 本手法は、既知の星団を的確に回復し、高い信頼性で新候補を同定できた。これは、大規模な天体測位調査における非教師ありクラスタリングの有効性を示している。
• ガイヤ DR2の高精度にもかかわらず、約10 kpcを超える距離の星団では距離推定の不確実性が残っている。今後の研究では、光度測定または分光測定の事前知識の導入が不可欠であることが浮き彫りになった。