[論文レビュー] Astrometric radial velocities III. Hipparcos measurements of nearby star clusters and associations

S.N. Madsen, Dainis Dravins+1 more|ArXiv.org|Oct 29, 2001

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 41被引用数 82

ひとこと要約

本論文は、分光法を用いずに、恒星位置の観測データ（自己運動と三角視差）に基づいて、天球的径方向速度を決定する新規手法を提示する。近傍の星団や連星群に最大尤度法を適用した移動集団法を用いることで、1 km s⁻¹未塔の精度（例：ハイアデスでは0.47 km s⁻¹）を達成し、星の大気的効果や運動構造の精密な検証が可能になる。さらに、精度の向上した視差を用いることで、高分解能のヘルツシュプルング＝ラッセル図が得られる。

ABSTRACT

Radial motions of stars in nearby moving clusters are determined from accurate proper motions and trigonometric parallaxes, without any use of spectroscopy. Assuming that cluster members share the same velocity vector (apart from a random dispersion), we apply a maximum-likelihood method on astrometric data from Hipparcos to compute radial and space velocities (and their dispersions) in the Ursa Major, Hyades, Coma Berenices, Pleiades, and Praesepe clusters, and for the alpha Persei, Scorpius-Centaurus, and `HIP 98321' associations. The radial motion of the Hyades cluster is determined to within 0.47 km/s (standard error), and that of its individual stars to within 0.6 km/s. For other clusters, Hipparcos data yield astrometric radial velocities with typical accuracies of a few km/s. A comparison of these astrometric values with spectroscopic radial velocities in the literature shows a good general agreement and, in the case of the best-determined Hyades cluster, also permits searches for subtle astrophysical differences, such as evidence for enhanced convective blueshifts of F-dwarf spectra, and decreased gravitational redshifts in giants. Similar comparisons for the Scorpius OB2 complex indicate some expansion of its associations, albeit slower than expected from their ages. As a by-product from the radial-velocity solutions, kinematically improved parallaxes for individual stars are obtained, enabling Hertzsprung-Russell diagrams with unprecedented accuracy in luminosity. For the Hyades (parallax accuracy 0.3 mas), its main sequence resembles a thin line, possibly with wiggles in it.

研究の動機と目的

• 分光法の制限を避けるために、純粋に幾何学的天球測定データ（自己運動と三角視差）を用いて、近傍の星団や連星群の恒星の径方向速度を決定すること。
• 分光的測定値と比較することで、天球的径方向速度の妥当性を検証し、微細な天体物理学的効果を調べること。
• 運動学的制約を用いて視差測定を改善し、星の進化研究に向けたヘルツシュプルング＝ラッセル図の精度を高めること。
• 将来の宇宙天球測定ミッションが、分光的複雑性に依存しない絶対的径方向速度測定に果たす可能性を評価すること。

提案手法

• 移動集団法を適用し、星団メンバーが同一の速度ベクトルを持つと仮定し、ヒッパルコスが測定した自己運動と三角視差を用いる。
• 残差を最小化するように、最大尤度推定法を用いて径方向速度、空間速度、速度分散を同時に解く。
• 三角視差に加え、星団の全体運動からの径方向速度と自己運動の制約を組み合わせることで、運動学的に改善された視差を導出する。
• 星団の拡張と内部速度分散を考慮し、精度は角度的広がり、自己運動、距離に依存する。
• 標準誤差伝搬法を用いて統計的不確実性を計算し、ハイアデスでは0.47 km s⁻¹の精度に達する。
• 天球的径方向速度と既存の分光的測定値を比較し、対流ブルースフットや重力赤方偏移に関連する系偏差を検出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分光法に依存せず、天球測定データのみで1 km s⁻¹未塔の精度で径方向速度を決定できるか？
• RQ2 天球的測定と分光的測定との間に差異が生じる場合、それらが対流ブルースフットや重力赤方偏移といった天体物理学的効果を示唆するか？
• RQ3 星団の拡張が天球的径方向速度の解にどれほどバイアスを及えるか、そしてその影響をどのように定量化できるか？
• RQ4 運動学的に改善された視差は、近傍星団におけるヘルツシュプルング＝ラッセル図の解像度をどの程度向上させるか？
• RQ5 将来の宇宙天球測定ミッションが、分光的複雑性に依存しない絶対的径方向速度測定に果たす可能性は何か？

主な発見

• ハイアデス星団の径方向速度は標準誤差0.47 km s⁻¹で決定され、個々の星では0.6 km s⁻¹の精度に達する。
• 他の星団では、一般的に数km s⁻¹の精度であり、ハイアデスのような豊富で近い星団で最も良好な結果が得られる。
• 分光的データとの比較から、F型矮星のスペクトルに強化された対流ブルースフットの証拠と、巨星における減少した重力赤方偏移の兆候が得られた。
• スコーピウス・セントaurus OB2複合体には拡張の兆候が見られたが、年齢から予想されるより遅い速度であり、運動学的複雑性を示唆している。
• 運動学的に改善された視差により、ハイアデスの不確実性は0.3 masにまで低下し、ヘルツシュプルング＝ラッセル図に細かくうねる主系列が明確に現れた。
• 大多数の星団にボーム＝ヴィテンゼのギャップが認められないことから、それらが実際の主系列の特徴ではなく、誤りである可能性が示唆された。