[論文レビュー] Colour-colour diagrams and extragalactic globular cluster ages. Systematic uncertainties using the (V-K)-(V-I) diagram

M. Salaris, S. Cassisi|ArXiv.org|Oct 9, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 48被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、(V-K)-(V-I)色-色図を用いた銀河外球状星団の年齢および金属量推定における系統的バイアスを調査する。モンテカルロ手法を用いたシミュレーションにより、水平枝の形状が最大の不確実性要因であることが判明した。これは、二重ピーク年齢分布において最大8ギガ年分の年齢差を模倣する可能性を有する。一方、0.10マグニチュードを超える光度誤差は、検出可能なバイアスを消去する。

ABSTRACT

(abridged) We investigate biases in cluster ages and [Fe/H] estimated from the (V-K)-(V-I) diagram, arising from inconsistent Horizontal Branch morphology, metal mixture, treatment of core convection between observed clusters and the theoretical colour grid employed for age and metallicity determinations. We also study the role played by statistical fluctuations of the observed colours, caused by the low total mass of typical globulars. Horizontal Branch morphology is potentially the largest source of uncertainty. A single-age system harbouring a large fraction of clusters with an HB morphology systematically bluer than the one accounted for in the theoretical colour grid, can simulate a bimodal population with an age difference as large as 8 Gyr. When only the redder clusters are considered, this uncertainty is almost negligible, unless there is an extreme mass loss along the Red Giant Branch phase. The metal mixture affects mainly the redder clusters; the effect of colour fluctuations becomes negligible for the redder clusters, or when the integrated Mv is brighter than -8.5 mag. The treatment of core convection is relevant for ages below ~4 Gyr. The retrieved [Fe/H] distributions are overall only mildly affected. Colour fluctuations and convective core extension have the largest effect. When 1sigma photometric errors reach 0.10 mag, all biases found in our analysis are erased, and bimodal age populations with age differences of up to ~8 Gyr go undetected. The use of both (U-I)-(V-K) and (V-I)-(V-K) diagrams may help disclosing the presence of blue HB stars unaccounted for in the theoretical colour calibration.

研究の動機と目的

• 銀河外球状星団の年齢および金属量推定における系統的バイアスを、(V-K)-(V-I)色-色図を用いて評価すること。
• 観測された星団と理論的グリッドとの間で水平枝の形状が不一致である場合が、年齢および金属量推定に与える影響を調査すること。
• 金属組成、コア対流処理、低質量星団に起因する色のフラクチュエーションが年齢および金属量推定に与える影響を評価すること。
• 二重ピーク年齢分布の分析において検出可能なバイアスを排除するために必要な光度精度を特定すること。
• 理論的校正に未反映の青色水平枝星が存在するかどうかを、(U-I)-(V-K)図と(V-I)-(V-K)図を併用することで判明させること。

提案手法

• モンテカルロ手法を用いて合成球状星団系を生成し、各サンプルで1つのバイアス要因（例：水平枝の形状、金属組成、コア対流、色のフラクチュエーション）を導入した。
• 合成星団の色を基準となる理論的(V-K)-(V-I)色-色グリッドと比較することで、累積的な年齢および[Fe/H]分布を導出した。
• コア対流の影響をモデル化するために、オーバーシュートを含む・含まない理論的等時曲線を用い、効率（η = 0.2およびη = 0.4）を変化させた。
• 光度誤差をシミュレーションして、バイアスが消える閾値を評価した。その結果、1σ誤差が0.10マグニチュードである場合、検出可能な系統的効果が消去された。
• 銀河系球状星団の経験的関係（Barmby et al. 2000）を合成データと比較し、理論的校正の妥当性を検証した。
• 年齢推定の妥当性を検証するため、単一年齢および二重ピーク年齢分布の両方のシナリオを含めた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された星団と理論的グリッドとの間で水平枝の形状が不一致である場合、(V-K)-(V-I)色-色図における年齢および金属量推定にどのような影響を与えるか？
• RQ2 金属組成の選択が、特に赤い星団において年齢および[Fe/H]推定にどの程度影響を与えるか？
• RQ3 コア対流処理（オーバーシュートを介して）が、若い星団（t < 4 Gyr）の年齢推定に与える影響は何か？
• RQ4 低全質量に起因する統計的色のフラクチュエーションが、年齢および金属量推定に与える影響は何か？
• RQ5 どの光度精度において、年齢推定における系統的バイアスが検出不能になるか、特に二重ピーク年齢分布において？

主な発見

• 水平枝の形状が系統的不確実性の主因であり、理論的グリッドで想定されたものよりも青色の水平枝を持つ観測星団があると、二重ピーク年齢分布において最大8ギガ年分の年齢差を模倣する可能性を有する。
• 赤い星団のみを対象とした場合、水平枝の形状の影響は、赤色巨星分岐期における極端な質量損失が発生しない限り、無視できる。
• 金属組成は主に赤い星団に影響を与えるが、統合等級がMV ≈ -8.5マグニチュードより明るい場合には、その影響は最小限に抑えられる。
• コア対流処理（オーバーシュート）は、約4ギガ年未満の若い星団の年齢推定に顕著な影響を与え、(V-I)-(V-K)のシーケンスに顕著なずれを生じさせる。
• 色のフラクチュエーションおよび対流コアの拡張が、回収された[Fe/H]分布に最も大きな影響を与えるが、累積的な[Fe/H]分布全体としてはややの影響にとどまる。
• 1σ誤差が0.10マグニチュードの光度誤差は、すべての検出可能なバイアスを消去するのに十分であり、年齢差が最大約8ギガ年分の二重ピーク年齢分布は検出不能になる。