[論文レビュー] Chemodynamics Of The Milky Way I. The First Year Of APOGEE Data

F. Anders, C. Chiappini+39 more|arXiv (Cornell University)|Nov 18, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 108被引用数 113

ひとこと要約

本論文は、APOGEEの初年度データを用いて、銀河の円盤における最初の包括的な化学動力学的分析を提示する。高分解能近赤外分光計測を活用し、銀河中心からの半径6–11 kpcおよび垂直距離0–3 kpcの範囲で金属量と[α/Fe]の分布をマッピングした。金属量の径方向勾配の逆転（高z領域で）、[α/Fe]対[Fe/H]図におけるギャップ、および厚い円盤のスケール長の短さを確認した。これは、従来の調査をはるかに超える高品質な化学動力学的データの体積を大幅に拡大した。

ABSTRACT

We investigate the chemo-kinematic properties of the Milky Way disc by exploring the first year of data from the Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE), and compare our results to smaller optical high-resolution samples in the literature, as well as results from lower resolution surveys such as GCS, SEGUE and RAVE. We start by selecting a high-quality sample in terms of chemistry ($\sim$ 20.000 stars) and, after computing distances and orbital parameters for this sample, we employ a number of useful subsets to formulate constraints on Galactic chemical and chemodynamical evolution processes in the Solar neighbourhood and beyond (e.g., metallicity distributions -- MDFs, [$α$/Fe] vs. [Fe/H] diagrams, and abundance gradients). Our red giant sample spans distances as large as 10 kpc from the Sun. We find remarkable agreement between the recently published local (d $

研究の動機と目的

• APOGEEの初年度データを用いて、銀河円盤の化学的・運動的性質を調査すること。
• APOGEEの結果を、HARPSなどの小規模な可視光高分解能サンプルおよびRAVEやGCSのような低分解能調査と比較すること。
• 元素の増加勾配と金属量分布を用いて、銀河の化学的および化学動力学的進化プロセスを制約すること。
• 調査の選択関数が観測された勾配や元素組成パターンに与える影響を評価すること。

提案手法

• 径運動速度、自己運動、距離推定を含む化学的および運動的基準に基づき、高品質（HQ）星サンプルの選定。
• 位相空間情報と銀河ポテンシャルモデルを用いて、軌道パラメータ（例：zmax、Rg）の計算。
• 銀河中心からの半径6 < R < 11 kpcおよび垂直距離0 < z < 3 kpcの範囲で、銀河中心からの半径および垂直高さのビン化データを用いて[Fe/H]および[α/Fe]の径方向勾配の測定。
• HARPS、GCS、RAVEなどの外部サンプルと比較して、金属量分布関数（MDF）および[α/Fe]対[Fe/H]図の比較。
• 勾配測定の1σ不確実性を推定するためにブートストラップリサンプリングの使用。
• 初期段階でTRILEGAL人口合成コードを用いて調査の選択関数をモデル化し、観測された分布の妥当性を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 APOGEEとHARPSのような高分解能可視光サンプルとの間で、銀河円盤の金属量および[α/Fe]分布はどのように異なるか？
• RQ2 円盤における[Fe/H]および[α/Fe]の径方向勾配は何か？また、円盤面からの垂直距離に応じてどのように変化するか？
• RQ3 観測された[α/Fe]対[Fe/H]図における「ギャップ」は、実際の特徴であるのか、選択効果に起因するものなのか？
• RQ4 元素増加勾配は、銀河円盤の内側から形成されるというメカニズムをどのように示唆するか？
• RQ5 APOGEEおよびRAVEの選択関数は、観測された化学動力学的パターンにどのように影響を与えるか？

主な発見

• 距離d < 1 kpcの地域におけるAPOGEEのHQサンプルの金属量分布関数（MDF）は、太陽の金属量をわずかに下回るピークを示し、HARPSのFGK矮星サンプルと非常に良好に一致しており、[Fe/H] = −1まで尾を引く。
• APOGEEのサンプルは、[α/Fe]対[Fe/H]図におけるギャップの存在を確認し、α元素の強化が二峰性分布を示していることを示し、主に選択効果によるものではないと結論づけた。
• 外縁部（R > 10 kpc）における高[α/Fe]星はまれであり、これは厚い円盤のスケール長が薄い円盤よりも短いことを支持しており、先行研究と整合的である。
• zmaxが1.5 ≤ zmax < 3.0 kpcの星に対して、金属量の径方向勾配は+0.052 ± 0.004 dex/kpcであり、高銀河高さでの正の勾配を示し、RAVEおよびGCSのデータと一致している。
• zmaxが1.5 ≤ zmax < 3.0 kpcの星に対して、[α/Fe]の径方向勾配は−0.031 ± 0.001 dex/kpcであり、負の勾配を示し、RAVEおよびGCSの結果と一致している。
• 高zにおける[α/Fe]分布には低[α/Fe]星が存在せず、観測された半径範囲で薄い円盤のフラーリングが最小限であることを示し、高zにおける軌道パラメータ推定の信頼性が裏付けられている。