[論文レビュー] Finding halo streams with a pencil-beam survey: new wraps in the Sagittarius stream

B. Pila-Díez, Konrad Kuijken+3 more|Leiden Repository (Leiden University)|Nov 29, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 81被引用数 15

ひとこと要約

本論文は、2バンド（g', r'）のペンシルビーム調査に新しい相互相関法を適用し、隣接する制御領域を必要とせずに、星の流れの検出および光度距離の測定を可能にする。ポイント spread 関数（PSF）の均一化と色-等級図における主系列の転換点の特定により、Sagittarius、Palomar 5、およびOrphanの流れへの正確な距離測定が可能となり、北側先導腕の延長が南半球に及ぶことや、北側後続腕の近くに存在する分岐が新たに特定された。

ABSTRACT

We use data from two CFHT-MegaCam photometric pencil-beam surveys in the g' and the r' bands to measure distances to the Sagittarius, the Palomar 5 and the Orphan stream. We show that, using a cross-correlation algorithm to detect the turnoff point of the main sequence, it is possible to overcome the main limitation of a two-bands pencil-beam survey, namely the lack of adjacent control-fields that can be used to subtract the foreground and background stars to enhance the signal on the colour-magnitude diagrams (CMDs). We describe the cross-correlation algorithm and its implementation. We combine the resulting main sequence turnoff points with theoretical isochrones to derive photometric distances to the streams. Our results (31 detections on the Sagittarius stream and one each for the Palomar 5 and the Orphan streams) confirm the findings by previous studies, expand the distance trend for the Sagittarius faint southern branch and, for the first time, trace the Sagittarius faint branch of the northern-leading arm out to 56 kpc. In addition, they show evidence for new substructure: we argue that these detections trace the continuation of the Sagittarius northern-leading arm into the southern hemisphere, and find a nearby branch of the Sagittarius trailing wrap in the northern hemisphere.

研究の動機と目的

• 2バンドペンシルビーム調査が隣接する制御領域を欠いているという制限を克服すること。
• 1指向あたり1つのフィールドのみを用いても安定した光度距離測定が可能な手法を開発すること。
• g' および r' 光度測定のみを用いて、Sagittarius、Palomar 5、およびOrphanの流れにおける部分構造を検出し、特徴づけること。
• 広域調査および理論的モデルからの既知の結果と照合することで、本手法の正確性を検証すること。
• 既存の銀河外ペンシルビーム調査を再利用し、観測コストを低減しつつ、銀河ハロー領域の部分構造をマッピングする可能性を検討すること。

提案手法

• 画像全体にわたる機器的および光学的歪みを補正するため、PSFの均一化を適用し、特に微弱な星の対象において星-銀河分離および光度測定の精度を向上させる。
• 各フィールドの色-等級図（CMD）に対して、主系列の形状に一致する過剰密度をスキャンするための相互相関アルゴリズムを用いる。
• 理論的等年齢線（Marigo et al. 2008; Girardi et al. 2010）を用いて、主系列の転換点の (g'−r', r') 座標を距離指標として抽出する。
• 観測された転換点を理論的等年齢線と照合することで光度距離を導出し、年齢および金属量の変動に基づく不確実性推定値を付与する。
• Sagittarius、Palomar 5、およびOrphanの流れに関する先行研究と照合することで、手法の妥当性と頑健性を評価する。
• 既存の文献（Martell et al. 2002; Harris 1996; Casey et al. 2013a）からの年齢および金属量の事前分布を用いて、未知パrameterを持つ流れの距離解を制約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2バンドペンシルビーム調査は、隣接する制御領域に依存せずに、星の流れを検出し、距離を測定できるか？
• RQ2 CMDに適用された相互相関アルゴリズムは、希薄で1指向のみの調査において、主系列の転換点を信頼性高く同定できるか？
• RQ3 本手法で得られる光度距離は、広域マルチバンド調査および理論的モデルの結果と一致するか、あるいはそれを確認できるか？
• RQ4 Sagittarius流れには、北側先導腕が南半球に延長されているという、以前に検出されていなかった部分構造が存在するか？
• RQ5 本手法は、北半球における後続腕の微弱で近くの分岐を検出し、特徴づけることができるか？

主な発見

• 本手法は、Sagittarius流れに沿って31の明著な領域を検出し、北半球および南半球における明るい部分と暗い部分の両方をカバーした。
• 本研究は、Sagittariusの暗い南半球腕の距離傾向を確認し、北側先導腕の距離測定を初めて56 kpcまで延長した。
• 北側先導腕が南半球に延長していることが判明し、Peñarrubia et al. (2010) および Law & Majewski (2010) の予測と良好に一致した。
• 赤経160°を超える領域に、北側後続腕の近くの分岐が存在する証拠が得られ、モデル予測と整合的であり、おそらく後続腕の第2分岐を示している可能性がある。
• Palomar 5およびOrphanの流れについて、本手法が文献結果と良好に一致する光度距離を導出した。これにより、手法の頑健性と正確性が裏付けられた。
• Orphanの流れの相対距離不確実性は Δd_rel = +0.24/−0.05 であり、絶対等級での不確実性 ΔM = +0.60/−0.11 に相当し、非常に高い精度を示している。