[論文レビュー] Composition of the galactic center star cluster: Population analysis from adaptive optics narrow band spectral energy distributions

Rainer Buchholz, R. Schödel+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 73被引用数 154

ひとこと要約

本研究では、銀河中心の密集星団における初期期型および後期型星の分類を、HバンドおよびKバンドの中間フィルタを用いた新しいアダプティブオプティクス援用狭帯域光度測定法によって実施した。スペクトルエネルギー分布におけるCO吸収特徴を検出し、K = 15.5等まで初期期型星を312個同定した。これは従来の分光的調査をはるかに超える深さと効率を実現し、初期期型星の密度が急峻なべき乗則的減少（β = −1.49 ± 0.12）を示すことを明らかにした。この結果は、集団の降着ではなく、現地での星形成を支持する。

ABSTRACT

The goals of this work are to develop a new method to separate early and late type stellar components of a dense stellar cluster based on narrow band filters, to apply it to the central parsec of the GC, and to conduct a population analysis of this area. We use AO assisted observations obtained at the ESO VLT in the NIR H-band and 7 intermediate bands covering the NIR K-band. A comparison of the resulting SEDs with a blackbody of variable extinction then allows us to determine the presence and strength of a CO absorption feature to distinguish between early and late type stars. The new method is suitable to classify K giants (and later) as well as B2 main sequence (and earlier) stars which are brighter than 15.5 mag in the K band in the central parsec. Compared to previous spectroscopic investigations that are limited to 13-14 mag, this represents a major improvement in the depth of the observations as well as reducing the needed observation time. We classify 312 stars as early type candidates out of a sample of 5914 sources. The distribution of the early type stars can be fitted with a steep power law (beta(R>1'') = -1.49 +/- 0.12, alternatively with a broken power law, beta(R=1-10'') = -1.08 +/- 0.12, beta(R=10-20'') = -3.46 +/- 0.58, since we find a drop of the early type density at ~10''). We also detect early type candidates outside of 0.5 pc in significant numbers for the first time. The late type density function shows an inversion in the inner 6'', with a power law slope of beta(R<6'') = 0.17 +/- 0.09. The late type KLF has a power law slope of 0.30$\pm$0.01, closely resembling the KLF obtained for the bulge of the Milky Way. The early type KLF has a much flatter slope of 0.14 +/- 0.02. Our results agree best with an in-situ star formation scenario.

研究の動機と目的

• 狭帯域光度測定を用いて、密集星団における初期期型および後期期型星の分類手法を開発すること。
• この手法を銀河中心の中心パーセク領域に適用し、星族の構成を分析すること。
• 従来の分光的調査の限界を超えて、星の分類の深さと効率を拡張すること。
• 核星集団における初期期型および後期期型星の空間的分布と等級関数を調査すること。
• 銀河中心における質量星の起源を説明する2つの競合するシナリオ（現地での星形成対比遠方集団の降着）を検証すること。

提案手法

• 欧州南天天文台VLTを用い、アダプティブオプティクスを支援した観測を実施し、Hバンドおよび7つの中間Kバンドフィルタを用いて高分解能狭帯域光度測定を取得した。
• 狭帯域等級からスペクトルエネルギー分布（SED）を構築し、後期期型星を示すCO吸収特徴を検出した。
• 変動する赤色量を伴う黒体SEDを観測SEDにフィットさせ、CO吸収の強度を分離し、CO吸収を示さない初期期型星とCO吸収を示す後期期型星を区別した。
• この手法により、K = 15.5等よりも明るい星の分類が可能となり、従来の分光的限界（約13–14等）をはるかに超える深さが達成された。
• フィットされた赤色量値を用いて、前方赤方偏移や極度に赤く光る対象（例：バッシュォック源）を特定し、除外した。
• 視覚的検査と信頼度評価（A–C）を用いて、特に明るさが低いか曖昧な対象の初期期型候補の分類を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 狭帯域フィルタを用いた光度測定法は、銀河中心の密集星環境における初期期型および後期期型星の分類を信頼性高く行えるか？
• RQ2 中心パーセクにおける初期期型星の空間的分布はどのようなものか？また、べき乗則的プロファイルに従うか？
• RQ3 中心パーセクにおける初期期型および後期期型星のKバンド等級関数（KLF）は、のへい銀河バルジおよび理論的モデルとどのように比較されるか？
• RQ4 0.5 pcを超えて初期期型星が検出されたか？また、内側領域の密度プロファイルと同一であるか？
• RQ5 観測された星族分布は、現地での星形成を支持するか、それとも遠方集団の降着と崩壊を支持するか？

主な発見

• 既知のスペクトル分類に基づく信頼性が87％を超えることから、5,914個の対象から312個の初期期型星候補を正常に分類した。
• 1″以内で初期期型星の投影密度は急峻なべき乗則的プロファイル（β = −1.49 ± 0.12）に従い、1″〜10″ではβ1−10′′ = −1.08 ± 0.12、10″〜20″ではβ10−20′′ = −3.46 ± 0.58と、約10″で密度の低下が確認された。
• 初期期型星が0.5 pcを超えて顕著な数で検出されたのは本研究が初めてであり、内側領域のべき乗則と整合する密度プロファイルを示しており、既知のディスクまたはディスク外の星族に属している可能性を示唆した。
• 後期期型星のKLFは傾き0.30 ± 0.01を示し、のへい銀河バルジのKLFとよく一致しており、類似した星形成歴を示唆した。
• 初期期型星のKLFは傾きが0.14 ± 0.02とやや平坦であり、K = 15.5等まで延びており、従来の研究をはるかに超える深さである。この結果は、質量関数が上位に偏っていることを支持する。
• 初期期型星密度の急峻な低下は、遠方集団の降着と崩壊よりも現地での星形成を強く支持する。観測されたプロファイルは、現地での星形成が予測するR−2に近いが、集団降着が予測するR−0.75とは一致しない。