[論文レビュー] Astrometric radial velocities. I. Non-spectroscopic methods for measuring stellar radial velocity

Dainis Dravins, L. Lindegren+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 25

ひとこと要約

本稿では、スペクトル線のシフトに依存しない、高精度な天体測位を用いた星の径方向速度を測定する非分光的手法を提案する。3つの手法（変化する視差、変化する自己運動、動くクラスター幾何学）を分析し、動くクラスター法が現在のデータを用いて1 km s⁻¹未満の精度を達成できることを示し、分光法に依存せずに高精度な径方向速度測定が可能であることを実証する。

ABSTRACT

High-accuracy astrometry permits the determination of not only stellar tangential motion, but also the component along the line-of-sight. Such non-spectroscopic (i.e. astrometric) radial velocities are independent of stellar atmospheric dynamics, spectral complexity and variability, as well as of gravitational redshift. Three methods are analysed: (1) changing annual parallax, (2) changing proper motion and (3) changing angular extent of a moving group of stars. All three have significant potential in planned astrometric projects. Current accuracies are still inadequate for the first method, while the second is marginally feasible and is here applied to 16 stars. The third method reaches high accuracy (<1 km/s) already with present data, although for some clusters an accuracy limit is set by uncertainties in the cluster expansion rate.

研究の動機と目的

• 分光線のシフトに依存しない測位的手法を用いて径方向速度を測定すること。
• 星の大気力学的ダイナミクス、分光的複雑性、変動性に起因する分光的径方向速度測定の限界を克服すること。
• 現在および将来の測位データを用いて、3つの非分光的測位的手法の実現可能性と精度を評価すること。
• 動くクラスター法が、既存のヒッパルコスデータを用いて1 km s⁻¹未満の精度を達成できることを実証すること。
• クラスター力学における観測可能および観測不能な速度場成分を特定し、系統的バイアスを回避すること。

提案手法

• ヒッパルコス人工衛星の高精度測位データを用い、幾何的投影効果から径方向速度を導出する。
• 星団の見かけ上の角度的拡大をモデル化することで、空間速度および径方向成分を推定する動くクラスター法を適用する。
• 最大尤度フレームワークを用いて測位データをフィットさせ、星団パラメータ（径方向速度を含む）を推定する。
• 観測誤差を考慮した上で、視差の時間的変化（dπ/dt）および自己運動の時間的変化（dμ/dt）から径方向速度の数学的モデルを導出する。
• 速度場テンソル T を分析し、観測可能および観測不能な成分を区別し、等方的拡張が観測不能なバイアスであることを特定する。
• 条件 (I - r r′)Tv r = 0 を用いて、測位によって制約可能な速度場成分を特定し、T の8つの成分が観測可能であるという結論に至る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分光法に依存せずに、測位データのみを用いて正確に径方向速度を測定できるか？
• RQ2 視差および自己運動の変化に基づく非分光的径方向速度測定法の理論的および実用的限界は何か？
• RQ3 星団の速度場はどの程度測位観測によって制約可能であり、どの成分が観測可能か？
• RQ4 星団の等方的拡張が導かれる径方向速度にどのような影響を与え、このバイアスは補正可能か？
• RQ5 現在の測位データを用いた場合、動くクラスター法の達成可能な精度は何か？また、分光法測定と比べてどうか？

主な発見

• 動くクラスター法は、現在のヒッパルコスデータを用いて1 km s⁻¹未満の精度を達成でき、天文学的に価値がある。
• 変化する視差法は、現在の測位精度の限界により、有意義な径方向速度測定には不十分である。
• 変化する自己運動法は一応可能ではあるが、分光法や動くクラスター法に比べてまだ競争力に欠ける。
• 等方的拡張（T = Iκ）は唯一の観測不能な速度場成分であり、径方向速度バイアス δvr = -bκ を引き起こす。
• 等方的拡張に起因する径方向速度バイアスは、距離 b および拡張率 κ に比例し、κ⁻¹ は星団の拡張年齢を表す。
• 速度場テンソル T の8つの独立成分が測位から観測可能であり、等方的拡張によるバイアスなしに星団の完全な運動学的モデリングが可能である。