[論文レビュー] A multipurpose 3-D grid of stellar models

J. Maíz Apellániz|arXiv (Cornell University)|Sep 8, 2012

Electrical and Electromagnetic Research参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、有効温度、全放射光度、金属量の3次元グリッドとして、最新の星の大気モデル、進化軌道、そして光度システムを統合し、校正済みのスペクトルエネルギー分布（SED）、全光度、質量、年齢、消光などの物理的性質を提供する包括的な星のモデルグリッドを提示する。このグリッドにより、一元的で一貫性があり校正済みのデータ製品を通じて、複雑な星の物理学的質問に対して直接的かつ使いやすい回答が得られる。

ABSTRACT

The last two decades have produced a proliferation of stellar atmosphere grids, evolutionary tracks, and isochrones which are available to the astronomical community from different internet services. However, it is not straightforward (at least for an inexperienced user) to manipulate those models to answer questions of the type: What is the spectral energy distribution of a 9000 K giant? What about its J-band magnitude for different metallicities? What can I tell about the mass of a star if I know that its unreddened B-V color is -0.05 and its luminosity in solar units is 10^5? The answers to those questions are indeed in the models but a series of transformations and combinations involving different variables and models are required to obtain them. To make the available knowledge more user friendly, I have combined a number of state-of-the-art sources to create a 3-D (effective temperature, luminosity, and metallicity) grid of stellar models for which I provide calibrated SEDs and magnitudes as well as auxiliary variables such as mass and age. Furthermore, I have generated a grid of extinguished magnitudes using the recent Maíz Apellániz et al. (2012) extinction laws and incorporated them into the Bayesian code CHORIZOS (Maíz Apellániz 2004).

研究の動機と目的

• 散在する不整合な星のモデルへのアクセスの問題に対処するため、複数の星のモデル要因を1つの一貫した3次元グリッドに統合すること。
• UVからNIRにわたる全波長域（1000 Å ～ 2.5 μm）で、距離に依存しない校正済みのSEDと光度を、グリッドのすべての点で提供すること。
• 消光則と全放射光度補正を組み込むことで、赤化効果を含めた観測光度と直接比較できるようにすること。
• 質量、年齢、進化段階、各グリッドセルでの滞在時間といった主要な物理パラメータを、光度出力と共に埋め込むことで、天文学研究者の使いやすさを向上させること。
• CHORIZOSを介したベイズ光度解析や露出時間推定といった高度な応用を支援するため、絶対フラックス校正済みのモデルを提供すること。

提案手法

• 3つの金属量（MW、LMC、SMC）の下で、TLUSTY、Munari、MARCS、Brottの4つの星の大気モデルを組み合わせ、グリッドの各点でSEDを生成する。
• GenevaおよびPadovaの進化軌道を用いて、T_eff、全放射光度クラス（LC）、金属量（Z）の3次元グリッドを定義し、0.15 M⊙ から 120 M⊙ の範囲をカバーする。
• 補間と境界チェックを適用して、モデル族間の滑らかな遷移を確保し、外挿されたSEDは信頼性が低いとマークする。
• jmasynphotパッケージを用いて、145の光度フィルターシステム（例：Johnson-Cousins、SDSS、2MASS、HST）の透過関数を統合し、一貫性のある全光度と色の計算を実施する。
• Maíz Apellánizら（2012）の消光則ファミリー（1パラメータのR5495）を適用し、グリッド全体で消光された全光度を計算する。
• 補助変数として、初期質量（m_i）、現在の質量（m）、年齢、各セルでの滞在時間、およびIMF加重平均の年齢分布を、進化軌道から導出し、格納する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 金属量が異なる条件下で、10 pc 離れの9000 K の巨星のスペクトルエネルギー分布（SED）は？ また、消光効果は？
• RQ2 金属量がLMCの星について、非赤化状態のB–V色が −0.05 で、全放射光度が 10⁵ L⊙ の場合、質量はどの程度正確に制約できるか？
• RQ3 A_V = 1.3 mag の条件下で、太陽金属量で9000 K の主系列星が700 pc 離れにある場合、J、H、K全光度は？
• RQ4 異なる金属量と全放射光度クラスにおいて、全放射光度補正と色インデックスは、ヘルツシュプルング＝ラッセル図上でどのように変化するか？
• RQ5 統一的で一貫性があり校正済みの3次元星のモデルグリッドは、大規模な調査において距離推定と消光推定の精度と効率を向上させることができるか？

主な発見

• グリッドは、T_eff、全放射光度クラス、金属量の3次元すべての点で、1000 Å から 2.5 μm までの絶対フラックス校正済みSEDを提供し、直接的な光度測定およびSEDベースの解析を可能にする。
• R5495に基づく現代的で残差の小さい消光則を用いることで、旧来的なカーディル・エイドリアン（1989）の法則よりも一貫性が向上した消光補正全光度が計算される。
• 主なシステム（例：Johnson、Cousins、SDSS、2MASS、GALEX）の145の光度フィルタがグリッドに統合され、自己一貫性のあるゼロポイントと全放射光度補正が校正済みである。
• 初期質量（m_i）、現在の質量（m）、年齢、各セルでの滞在時間といった物理的パラメータが導出され、格納されており、集団合成や進化解析が可能になる。
• 絶対SEDと距離校正済み全光度を提供することで、CHORIZOS 3.x のベイズコードが、光度測定から距離、消光、星のパラメータを同時に推論可能になる。
• 外挿されたSED（図1の空円で示す）は信頼性が低いとマークされており、低重力・高全放射光度領域での誤差の可能性にユーザーが注意を向けるようになっている。