[論文レビュー] Extended stellar systems in the solar neighborhood - II. Discovery of a nearby 120{\deg} stellar stream in Gaia DR2

Stefan Meingast, J. Alves+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 27被引用数 38

ひとこと要約

本論文では、ガウス・ドリフト2（Gaia DR2）データを用いて、太陽系近傍に位置する動的におだやかで、同年代の星の流れが発見された。この流れは6次元位相空間におけるウェーブレット分解とDBSCANクラスタリングによって特定された。流れは400 pc以上にわたり、速度分散がわずか1.3 km s⁻¹、全質量が少なくとも2000 M⊙である。これは、破壊された銀河境界クラスターや連星系の可能性があり、銀河質量モデル化の新たなプローブを提供する。金属量は[Fe/H] = −0.04、年齢は約1 Gyrである。

ABSTRACT

We report the discovery of a large, dynamically cold, coeval stellar stream that is currently traversing the immediate solar neighborhood at a distance of only 100 pc. The structure was identified in a wavelet decomposition of the 3D velocity space of all stars within 300 pc to the Sun. Its members form a highly elongated structure with a length of at least 400 pc, while its vertical extent measures only about 50 pc. Stars in the stream are not isotropically distributed but instead form two parallel lanes with individual local overdensities, that may correspond to a remnant core of a tidally disrupted cluster or OB association. Its members follow a very well-defined main sequence in the observational Hertzsprung-Russel diagram and also show a remarkably low 3D velocity dispersion of only 1.3 km s$^{-1}$. These findings strongly suggest a common origin as a single coeval stellar population. An extrapolation of the present-day mass function indicates a total mass of at least 2000 M$_\odot$, making it larger than most currently known clusters or associations in the solar neighborhood. We estimated the stream's age to be around 1 Gyr based on a comparison with a set of isochrones and giant stars in our member selection and find a mean metallicity of $\left[ \mathrm{Fe/H} ight] = -0.04$. This structure may very well represent the Galactic disk counterpart to the prominent stellar streams observed in the Milky Way halo. As such, it constitutes a new valuable probe to constrain the Galaxy's mass distribution.

研究の動機と目的

• ガウス・ドリフト2（Gaia DR2）の運動学的データを用いて、太陽系近傍に広がる動的におだやかな星の集団を同定・特徴づけること。
• 既存のハローの流れとは異なる、銀河ディスクに起因する星の流れが存在するかを調査すること。
• 新たに発見された流れの年齢、質量、金属量を特定し、その起源と進化歴を評価すること。
• このようなディスクの流れが、ダークマターを含むミルキーウェイの質量分布を制約するための可能性を評価すること。
• この流れの性質をハイアデスのような既知のクラスターや、フェレゲトンのようなハローの流れと比較し、その起源と進化状態を推定すること。

提案手法

• 太陽から300 pc以内の星の3次元速度空間（vr, vφ, vz）に対してウェーブレット分解を適用し、約1.5 km s⁻¹のスケールでの過剰密度を検出する。
• 5σの閾値を用いてウェーブレット成分における顕著な過剰密度を特定し、vr = 1.7 km s⁻¹、vφ = 227.7 km s⁻¹、vz = −11.4 km s⁻¹に位置する、以前に未知であった構造を同定した。
• 標準化（平均0、標準偏差1）を施した6次元位相空間（r, φ, z, vr, vφ, vz）に対してDBSCANクラスタリングを実施し、minPts = 50、ϵ = 0.75とした。
• 空間的密度の閾値を適用し、30 pc以内に少なくとも7人の近隣星を有するものに限定して、流れのメンバー候補を精錬した。
• 観測Hertzsprung-Russell図（HRD）を構築し、同年代性を検証した。また、等年齢線比較（例：1 GyrのPARSECモデル）を用いて年齢と金属量を推定した。
• 初期質量関数（IMF）の外挿を用いて全質量を推定し、ハイアデスのデータに基づく完全性補正（70％の完全性損失）を適用して、下限として約2000 M⊙を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽系近傍に発見された星の流れの運動学的・空間的構造は何か？
• RQ2 この流れの年齢と金属量は何か？ また、ハイアデスのような既知のクラスターと比較してどう異なるか？
• RQ3 この流れの全質量は何か？ その起源と進化歴に何を示唆するか？
• RQ4 流れの低速度分散と同年代の主系列星の明確な分布は、共通の起源をどのように支持するか？
• RQ5 この流れは、形状、年齢、金属量の観点から、ハローの星の流れと比べてどう異なるか？

主な発見

• 流れは少なくとも400 pcの長さを有し、垂直方向の広がりはわずか約50 pcである。局所的な過剰密度を示す2本の平行な帯を形成しており、潮汐破壊された系の残骸核の可能性を示唆している。
• 流れは3次元速度分散が1.3 km s⁻¹という極めて低く、高い動的冷たさと強く一貫した運動学的性質を示している。
• メンバー星はHertzsprung-Russell図において明確な主系列を形成しており、約1 Gyrの同年代集団であることが確認された。ハイアデスよりもやや年老いている。
• 流れの全質量は、完全性補正付き初期質量関数の外挿に基づき、少なくとも2000 M⊙と推定された。これは、既知の周辺クラスターの多くを上回る。
• 平均金属量は[Fe/H] = −0.04 ± 0.15であり、フェレゲトンのようなハローの流れ（[Fe/H] ≈ −1.5）と比べ顕著に高い。これはディスク起源を示唆している。
• 流れは銀河の主平面から約75 pc下方に位置し、その平面から遠ざかっているが、垂直速度はハローへの脱出に十分ではない。したがって、ディスクに束縛されたままであると考えられる。