[論文レビュー] Cleaning spectroscopic samples of stars in nearby dwarf galaxies: The use of the nIR MgI line to weed out Milky Way contaminants

G. Battaglia, Else Starkenburg|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Jan 17, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 49被引用数 22

ひとこと要約

この論文は、近赤外線域のMg I線（8806.8 Å）とCa II三重項（CaT）線強度を組み合わせることで、近傍の矮小銀河における赤色巨星分支（RGB）星と、スペクトロスコピックサンプル内の銀河系矮星汚染物質を区別する手法を提案する。この手法は、巨星と矮星における表面重力の違いを利用しており、[Fe/H] = -2 dex以上の金属量で効果的な分離が可能であり、VLT/FLAMESデータを用いたSextans、Sculptor、Fornax dSphsでの検証がなされた。

ABSTRACT

Dwarf galaxies provide insights on the processes of star formation and chemical enrichment at the low end of the galaxy mass function, as well as on the clustering of dark matter on small scales. In studies of Local Group dwarf galaxies, spectroscopic samples of individual stars are used to derive the internal kinematics and abundance properties of these galaxies. It is therefore important to clean these samples from Milky Way stars, not related to the dwarf galaxy, since they can contaminate the analysis of the properties of these objects. Here we introduce a new diagnostic for separating Milky Way contaminant stars -- that mainly constitute of dwarf stars -- and red giant branch stars targeted in dwarf galaxies. As discriminator we use the trends in the equivalent width of the nIR MgI line at 8806.8 Å as a function of the equivalent width of CaII triplet lines. This method is particularly useful for works dealing with multi-object intermediate resolution spectroscopy focusing in the region of the nIR CaII triplet. We use synthetic spectra to explore how the equivalent width of these lines changes for stars with different properties (gravity, effective temperature, metallicity) and find that a discrimination among giants above the horizontal branch and dwarfs can be made with this method at [Fe/H]> -2 dex. For -2 $\le$ [Fe/H] $\le$ -1, this method is also valid to discriminate dwarfs and giants down to approximately one magnitude below the horizontal branch. Using a foreground model we make predictions on the use of this new discrimination method for nearby dwarf spheroidal galaxies, including the ultra-faints. We subsequently use VLT/FLAMES data for the Sextans, Sculptor and Fornax dSphs to verify the predicted theoretical trends.

研究の動機と目的

• 近傍の矮小銀河における赤色巨星分支星のスペクトロスコピックサンプルを、銀河系の前方に存在する矮星汚染物質が混入するという課題に対処すること。
• 外来星の影響を低減させることで、矮小銀河研究における運動学的・元素比分析の精度を向上させること。
• 既存の中分解能データに適用可能な、物理的根拠に基づいた重力感受性診断指標を確立すること。
• 古典的dSph（Sextans、Sculptor、Fornax）の実データを用いて手法を検証し、超微小矮小銀河への応用可能性を拡張すること。
• 速度ベースの選別と補完的に機能する、簡素で実装可能な基準を提供し、特に外縁部や低表面輝度系においてサンプルの純度を向上させること。

提案手法

• この手法は、近赤外線域のMg I線（8806.8 Å）の等価幅（EW）を重力感受性の識別子として用い、同時にCa II三重項（CaT）の線強度（ΣW）と組み合わせる。
• 有効温度、表面重力、金属量のグリッドを用いて合成スペクトルを生成し、巨星と矮星におけるMg IおよびCaTのEWの変化をモデル化する。
• Mg I EWとCaT ΣWの関係を、重力の違いに基づき、巨星（矮小銀河のメンバー）と矮星（銀河系の汚染物質）を分離するようにキャリブレーションする。
• 理論的傾向が観測データと一致することを確認するため、Sextans、Sculptor、Fornaxの3つの古典的dSphにおけるVLT/FLAMESデータを用いて手法をテストする。
• 超微小矮小銀河や他のdSphにおける性能を予測し、特に速度ベースの選別が有効でないシステムに重点を置く。
• 既存データに容易に適用可能であり、近赤外域に位置する2つの強い、近接した線の測定のみを要する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 8806.8 ÅにおけるMg I線は、スペクトロスコピックサンプルにおける赤色巨星分支星と銀河系の矮星汚染物質を識別するための信頼できる重力指標として利用可能か？
• RQ2 Mg I EWとCaT ΣWの組み合わせは、特に[Fe/H] > -2 dexの範囲で、金属量にかかわらず矮星と巨星を効果的に分離できるか？
• RQ3 特に低表面輝度または外縁部において、速度ベースの選別に比べて、この手法はどれほど汚染物質の除去効率を向上させるか？
• RQ4 Mg IおよびCaT線の合成モデルは、Sextans、Sculptor、Fornaxなどの実際のdSphデータにおける観測傾向をどれほど正確に再現できるか？
• RQ5 速度ベースの選別が制限を受ける状況において、特に超微小矮小銀河など、どの矮小銀河システムでこの手法が最も有効であるか？

主な発見

• Mg I EW–CaT ΣW関係は、[Fe/H] = -2 dex以上の金属量において、巨星と矮星を効果的に分離でき、汚染物質の大部分が存在する領域で有効である。
• [Fe/H] = -2 から -1 dexの範囲では、水平枝より約1等級低い領域まで、矮星と巨星を効果的に区別できる。
• Sextans、Sculptor、Fornaxの古典的dSphにおける実際のVLT/FLAMESデータを用いた検証で、理論的傾向と観測データが良好に一致した。
• Canes Venetici I、Leo II、Fornax、Hercules、Ursa Major I、Willman 1のようなシステムでは、速度ベースの選別だけでは不十分であるが、この手法は特に有効である。
• 超微小矮小銀河や前駆汚染度の高いシステムでは、径速度選別のみに依存するよりも、Mg I手法がより効率的である。
• この手法は銀河系の巨星汚染物質を除去しないが、主な汚染物質クラス（矮星）を効果的に除去し、標的の巨星集団を保持する。