[論文レビュー] Chemical enrichment and star formation in the Milky Way disk III. Chemodynamical constraints

H. J. Rocha–Pinto, Chris Flynn+4 more|ArXiv.org|May 24, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 82被引用数 38

ひとこと要約

本研究は、個々のクロモスフィア的年齢と光度的金属量を有する424個の晩期矮星のサンプルを用いて、銀河のディスクにおける化学動力学的制約を調査した。年齢–速度分散関係は $\sigma_{\text{tot}} \propto t^{0.26}$ のスケーリングを示し、定常的加熱機構よりもTinsley & Larson (1978) のディスク冷却モデルを支持する。また、全銀河的半径が最も信頼できる出発場所の指標であることが判明したが、サンプリングバイアスのため、局所的データからは半径方向の進化制約を特定することは不可能である。

ABSTRACT

In this paper, we investigate some chemokinematical properties of the Milky Way disk, by using a sample composed by 424 late-type dwarfs. We show that the velocity dispersion of a stellar group correlates with the age of this group, according to a law proportional to t^0.26, where t is the age of the stellar group. The temporal evolution of the vertex deviation is considered in detail. It is shown that the vertex deviation does not seem to depend strongly on the age of the stellar group. Previous studies in the literature seem to not have found it due to the use of statistical ages for stellar groups, rather than individual ages. The possibility to use the orbital parameters of a star to derive information about its birthplace is investigated, and we show that the mean galactocentric radius is likely to be the most reliable stellar birthplace indicator. However, this information cannot be presently used to derive radial evolutionary constraints, due to an intrinsic bias present in all samples constructed from nearby stars. An extensive discussion of the secular and stochastic heating mechanisms commonly invoked to explain the age-velocity dispersion relation is presented. We suggest that the age-velocity dispersion relation could reflect the gradual decrease in the turbulent velocity dispersion from which disk stars form, a suggestion originally made by Tinsley and Larson (1978) and supported by several more recent disk evolution calculations. A test to distinguish between the two types of models using high-redshift galaxies is proposed.

研究の動機と目的

• 個々の正確な年齢が得られた晩期矮星のサンプルを用いて、銀河ディスクの化学動力学的性質を調査すること。
• 定常的加熱とディスク冷却のメカニズムの違いを区別することで、年齢–速度分散関係（AVR）の起源を明確にすること。
• 特に全銀河的半径を含む軌道パラメータが星の出発場所の指標としてどれほど信頼できるかを検証すること。
• 局所的星のサンプルから、年齢–金属量関係や星形成歴の半径方向変化を制約できるかどうかを評価すること。
• 加熱と冷却モデルを区別するための高赤方偏移観測的テストを提案すること。

提案手法

• 文献から得た、15 Gyr未満のクロモスフィア的年齢と光度的金属量を有する424個の晩期矮星のサンプルを用いた。
• 太陽運動を $v_\odot = 11$ km/s に補正したHIPPARCOSのパラレルス、自己運動、径方向速度を用いて、空間速度および特異速度（U, V, W）を計算した。
• 統計的年齢補正を適用し、金属量補正付きのビニングを用いてAVRを導出し、$\sigma_{\text{tot}} \propto (1 + t/\tau)^x$ の形にフィットした。
• 異なる選択基準を用いて頂点ずれの時間的変化を分析したが、顕著な年齢依存性は認められなかった。
• 軌道パラメータをシミュレートして、平均全銀河的半径 ($R_m$) と出発半径の相関を評価し、出発場所の指標としての信頼性を検証した。
• 定常的および確率的加熱の理論的モデルを観測されたAVRと比較し、Tinsley & Larson (1978) のディスク冷却モデルが好ましいと結論した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽系近傍の晩期矮星において、個々の年齢が与えられた場合の年齢–速度分散関係（AVR）の関数的形態は何か？
• RQ2 星の集団の頂点ずれは年齢に系統的依存性を示すのか？また、過去の研究がこれを見逃した理由は何か？
• RQ3 特に平均全銀河的半径を含む軌道パラメータは、星の出発半径を信頼できる指標として使えるか？
• RQ4 なぜ局所的星のサンプルからは、半径方向の進化制約（例：半径方向の年齢–金属量関係）を導けないのか？
• RQ5 加熱と冷却のどちらのメカニズムが観測されたAVRをよりよく説明するのか？そして、これを観測的に区別するにはどうすればよいか？

主な発見

• 年齢–速度分散関係は $\sigma_{\text{tot}} \propto t^{0.26}$ に従い、金属量補正と改善されたビニングを施した後、範囲は0.26–0.31に精錬された。
• 頂点ずれに顕著な年齢依存性は認められず、過去の文献の結果が統計的年齢推定によるバイアスに起因していた可能性を示唆する。
• 平均全銀河的半径 ($R_m$) が星の出発場所を示す最も信頼できる指標であるが、局所的サンプルでは $R_m$ のカバレッジが不十分なため、半径方向の進化を検証することはできない。
• 定常的加熱機構では、特に動的摩擦効果により、古いディスク星の高い速度分散を説明するのは不十分である。
• 観測されたAVRは、Tinsley & Larson (1978) のディスク冷却モデルによってよりよく説明される。このモデルでは、星が形成されたガスの乱流速度分散の低下が、星の速度分散に反映される。
• 今後のモデル区別テストとして、冷却モデルが正しい場合、高赤方偏移の正面から見た銀河では大きなガス速度分散が観測されるが、加熱モデルが支配的であれば、小さな星の分散が観測されるべきである。