[論文レビュー] Extracting interstellar diffuse absorption bands from cool star spectra: Application to bulge clump giants in Baade's window

Wen-Ping Chen, R. Lallement+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 7, 2012

Spectroscopy and Laser Applications参考文献 18被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、合成星および大気モデルを用いて、冷却星の高分解能スペクトルから拡散性恒星間帯域（DIBs）を自動で抽出する新規な手法を提示する。この手法により、219個の銀河バルジの赤色巨星クラスターに向けて、3つの強いDIB（6196.0、6204.5、6283.8 Å）を成功裏に測定した。この手法は、光度測定値と20%以内の一貫性を持つDIBに基づく減光推定値をもたらし、径速度およびDIB幅に起因する変動する不確実性があるものの、3次元恒星間媒体（ISM）マッピングへの応用が妥当であることを裏付けた。

ABSTRACT

Interstellar diffuse bands are usually extracted from hot star spectra because they are characterized by smooth continua. It introduces a strong limitation on the number of available targets, and reduces potential studies of the IS matter and the use of absorptions for cloud mapping. We have developed a new automatic fitting method appropriate to interstellar absorptions in spectra of cool stars that possess stellar atmospheric parameters. We applied this method to the extraction of three DIBs in high resolution VLT FLAMES/GIRAFFE spectra of red clump stars from the bulge. By combining all stellar synthetic spectra, HITRAN-LBLRTM atmospheric transmission spectra and diffuse band empirical absorption profiles, we determine the 6196, 6204, and 6284 A DIB strength toward the 219 target stars and discuss the sources of uncertainties. In order to test the sensitivity of the DIB extraction, we intercompare the three results and compare the DIB equivalent widths with the reddening derived from an independent extinction map based on OGLE photometric data. Most stellar spectra could be well reproduced by the composite stellar, atmospheric and interstellar models. Measurement uncertainties on the EWs are smaller for the broad and strong 6284 A DIB, and are of the order of 10-15%. Uncertainties on the two narrow and weaker DIBs are larger, as expected, and found to be highly variable from one target to the other. They strongly depend on the radial velocity of the star . DIB-DIB correlations among the three bands demonstrate that a meaningful signal is extracted. For the 6284 and 6204 A DIBs, the star-to-star variability of the equivalent width (EW) also reflects features of the OGLE extinction map...

研究の動機と目的

• 早期型星に依存するDIB測定の限界を克服し、空間的カバレッジと分解能を向上させること。
• 大規模分光調査に広く存在する冷却星を、DIBを用いた恒星間物質の探査に活用できるようにすること。
• 星の大気パラメータおよび冷却星スペクトル内の恒星間吸収を考慮した、モデルに基づく自動フィッティング手法を開発すること。
• OGLEデータから得られる独立した光度的赤色索引マップと照合することで、手法の妥当性を検証すること。
• 特に星線の混入に影響を受ける狭い・弱いDIBの測定の信頼性とばらつきを評価すること。

提案手法

• 合成星スペクトル、HITRAN-LBLRTM大気透過、および経験的DIBプロファイルを組み合わせた複合モデルを構築し、高精度なスペクトルフィッティングを実現する。
• 星と恒星間媒体雲との間の径速度差を補正するため、DIBを恒星間吸収特徴と一致させるための速度シフト補正を適用する。
• 星、大気、恒星間成分の統合モデルを用いて自動スペクトルフィッティングを実行し、DIBの等価幅（EW）を抽出する。
• 未特定または不適切にモデル化された星線に起因する系誤差を低減するため、各DIBごとに経験的補正を適用する。
• 既知の太陽系近傍におけるDIB–減光相関関係を用いて、各DIBから独立したE(B−V)推定値を導出する。
• DIBに基づくE(B−V)値とOGLEデータからの光度的赤色索引を照合し、手法の正確性と一貫性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 合成星および大気モデルを用いた場合、冷却星の高分解能スペクトルから拡散性恒星間帯域（DIBs）を信頼性高く抽出できるか？
• RQ2 星線の混入が生じる状況下で、DIBの等価幅測定の不確実性は、DIBの強度および幅にどのように依存するか？
• RQ3 銀河バルジにおいて、DIBに基づく減光推定値は、光度的に導出された赤色索引とどの程度相関するか？
• RQ4 DIB強度の空間的変動は、既知の減光構造を反映しているか？また、その不一致はDIBキャリアや減光則に関する何を示唆するか？
• RQ5 異なるDIBは、減光や環境条件に対してどのように反応するか？また、それらの比は減光マッピングを改善できるか？

主な発見

• 219個のバーディーズ・ウインドウにおける赤色クラスター巨星に対して、DIB等価幅が成功裏に抽出された。特に6283.8 Åの広帯域・強いDIBでは、不確実性が10–15%にとどまった。
• 6196.0および6204.5 Åの狭帯域・弱いDIBでは、不確実性が高く、ばらつきも大きかった。主な要因は星線のブレンドおよび径速度シフトであった。
• DIB同士の相関関係は、信号抽出の信頼性を裏付け、特に広帯域DIBでより強い相関が観察された。
• DIB強度の空間パターンは、OGLEの光度的減光マップとよく一致しており、ISMマッピングへの手法の信頼性が裏付けられた。
• DIBに基づくE(B−V)推定値（6283.8、6204.5、6196.0 Åの順に0.53、0.62、0.52）は互いに20%以内で一致しており、光度的結果とも整合的であった。
• 6283.8 Å DIBは、減光に比例しない系的偏差を示しており、特にα,δ = 270.95, −30°付近で弱くなった。これは、イオン化やダスト粒子の変化といった環境的要因を示唆している。