[論文レビュー] Absolute motions of globular clusters. II. [HST astrometry and VLT radial velocities in NGC6397]

A. P. Milone, S. Villanova+7 more|ArXiv.org|May 4, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 16被引用数 25

ひとこと要約

本研究では、ハッブル宇宙望遠鏡（HST）WFPC2の測位とVLT/FLAMESの径方向速度を用いて、球状星団NGC 6397の絶対空間速度の最初の直接測定が行われた。背景銀河の明確な核を extragalactic 参照点として用いることで、著者らは高精度に3次元運動を特定し、頻繁な潮汐ショックを受ける高離心率軌道であることが判明した。これは、異常に平坦な質量関数を説明する要因である可能性がある。

ABSTRACT

In this paper we present a new, accurate determination of the three components of the absolute space velocity of the Galactic globular cluster NGC6397 (l 338d, b -12d). We used three HST/WFPC2 fields with multi-epoch observations to obtain astrometric measurements of objects in three different fields in this cluster. The identification of 33 background galaxies with sharp nuclei allowed us to determine an absolute reference point and measure the absolute proper motion of the cluster. The third component has been obtained from radial velocities measured on spectra from the multi-fiber spectrograph FLAMES at UT2-VLT. We find [mu_alpha cos(delta), mu_delta](J2000.0) = [+3.39 +/- 0.15, -17.55 +/- 0.15] mas/yr, and V_rad = +18.36 +/- 0.09 (+/-0.10) km/s. Assuming a Galactic potential, we calculate the cluster orbit for various assumed distances, and briefly discuss the implications.

研究の動機と目的

• 近接する球状星団NGC 6397の絶対的三次元空間速度を高精度で特定すること。
• 測位を extragalactic 参照点に固定することで、軌道力学に関する不確実性を解消すること。
• 特に銀河のポテンシャルおよび潮汐環境との相互作用を含めた、NGC 6397の動的歴史を調査すること。
• 潮汐ショックが観測された平坦な質量関数を形成する役割を評価すること。
• 新たに校正された運動学的データを用いた一貫性があり物理的に妥当な銀河ポテンシャルモデルを用いて、軌道モデリングを改善すること。

提案手法

• NGC 6397の3つの領域（B, C, D）に対して、高精度な自己運動を測定するために、複数エポックのHST/WFPC2画像を取得した。
• 33個の背景銀河を特定し、その核が明確で非分解的であることを確認して、絶対的測位の extragalactic 参照点とした。
• 星および参照銀河の相対的位置と自己運動を測定するために、有効な点拡散関数（ePSF）フィッティングを適用した。
• HSTの自己運動とVLT/FLAMESマルチファイバー分光法による径方向速度を統合し、3次元空間速度を決定した。
• アレンとサントイラン（1991）の銀河ポテンシャルモデルを用いて、星団の軌道を統合した。この際、さまざまな日心距離を仮定した。
• エネルギーおよび運動量の保存を確実にするために、15次式の対称でシンプレクティックなルンゲ・クッタ積分法（Radauスキーム）を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 extragalactic 参照点に固定された、NGC 6397の絶対的三次元空間速度は何か？
• RQ2 銀河ポテンシャル内での星団の軌道が、その動的進化および潮汐露出に与える影響は何か？
• RQ3 近心点付近および銀河平面通過時の潮汐ショックが、NGC 6397の質量関数の平坦化にどの程度寄与しているか？
• RQ4 仮定された距離の違いが、軌道パラメータおよび潮汐ショックの頻度に与える影響は何か？
• RQ5 星団の軌道は、以前の動的モデルと整合的か？また、新しいデータは軌道制約の精度を向上させているか？

主な発見

• NGC 6397の絶対的自己運動は、J2000.0座標系で (μαcosδ, μδ) = (+3.39 ± 0.15, -17.55 ± 0.15) mas yr⁻¹ と測定された。
• 星団の径方向速度は Vrad = +18.36 ± 0.09 (±0.10) km s⁻¹ と決定された。
• 星団の軌道は非常に高い離心率であり、ボックス型の形状をしており、1周あたり複数回にわたり銀河中心および銀河平面に近接する。
• 軌道統合の結果、NGC 6397は1周期あたり3回の潮汐ショックを経験しており、1回は近心点で、2回は銀河平面通過時に発生する。
• 仮定された日心距離が、軌道周期、平面からの最大高度、およびエピサイクロ的振幅に顕著な影響を及ぼし、距離が大きいほど周期が長くなり、垂直方向の振幅が大きくなる。
• 特に銀河平面付近で高エネルギーで発生する潮汐ショックの高頻度が、低質量星の優先的損失を説明する妥当なメカニズムを提供しており、星団の異常に平坦な質量関数を説明している。