[論文レビュー] Global survey of star clusters in the Milky Way I. The pipeline and fundamental parameters in the second quadrant

N. V. Kharchenko, А. Э. Пискунов+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 17, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 42被引用数 50

ひとこと要約

本研究では、PPMXLの局所運動および2MASSの光度測定を組み合わせた新規データ処理パイプラインを用いて、第二銀河クアッドラントにおける星団の体系的調査を実施した。このパイプラインにより、642個の散開星団、2個の球状星団、8個の連星団が同定・特徴付けられ、運動・光度・構造的パラメータを同時に決定可能となった。76%の確認率と2 kpcまでの完全性を達成し、表面密度は94個/kpc²であった。

ABSTRACT

Aims: On the basis of the PPMXL star catalogue we performed a survey of star clusters in the second quadrant of the Milky Way. Methods: From the PPMXL catalogue of positions and proper motions we took the subset of stars with near-infrared photometry from 2MASS and added the remaining 2MASS stars without proper motions (called 2MAst, i.e. 2MASS with astrometry). We developed a data-processing pipeline including interactive human control of a standardised set of multi-dimensional diagrams to determine kinematic and photometric membership probabilities for stars in a cluster region. The pipeline simultaneously produced the astrophysical parameters of a cluster. From literature we compiled a target list of presently known open and globular clusters, cluster candidates, associations, and moving groups. From established member stars we derived spatial parameters (coordinates of centres and radii of the main morphological parts of clusters) and cluster kinematics (average proper motions and sometimes radial velocities). For distance, reddening, and age determination we used specific sets of theoretical isochrones. Tidal parameters were obtained by a fit of three-parameter King profiles to the observed density distributions of members. Results: We investigated all 871 objects in the 2nd Galactic quadrant, of which we successfully treated 642 open clusters, 2 globular clusters, and 8 stellar associations. The remaining 219 objects (24%) were recognised by us to be nonexistent clusters, duplicate entries, or clusters too faint for 2MAst. We found that our sample is complete in the 2nd quadrant up to a distance of 2 kpc, where the average surface density is 94 clusters per kpc$^{2}$. Compared with literature values we found good agreement in spatial and kinematic data, as well as for optical distances and reddening. Small, but systematic offsets were detected in the age determination.

研究の動機と目的

• 最新のアストロメトリックおよび光度測定データを用いて、第二銀河クアッドラントにおける星団の均一的・大規模な調査を実施すること。
• 運動・光度・空間的基準を統合した、信頼性が高くインタラクティブなデータ処理パイプラインの開発。
• 統計的に完全なサンプルの星団に対して、距離・年齢・赤道量・潮汐構造といった基本的物理的パラメータを決定すること。
• 誤検出・重複・微弱または存在しない対象を特定することで、既存の星団カタログの完全性と信頼性を評価すること。

提案手法

• PPMXLの星（自己運動付き）と2MASSの星（自己運動なし）を統合して2MAstカタログを構築し、約4億7000万個の星が得られた。
• 標準化された図（例：色-等級図、自己運動図、空間分布図）を用いた多次元診断パイプラインを実装し、運動および光度的メンバー確率を評価した。
• 複雑または曖昧な星団構造に対しては、各段階で人的確認を統合し、正確性を確保した。
• 理論的等時曲線を用いて年齢および距離推定値を導出し、光度測定フィッティングから色超過およびK_sバンド減光を導いた。
• 観測密度分布に3パラメータのキングプロファイルをフィットさせ、潮汐パラメータおよび星団の構造的性質を決定した。
• 利用可能な場合、径速度データを統合し、文献と照合して星団・候補・連星団・運動群を包括的にリスト化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 第二銀河クアッドラントにおける星団調査の完全性限界は何か？ また、太陽からの距離に応じて星団の表面密度はどのように変化するか？
• RQ2 統合されたアストロメトリックおよび光度測定パイプラインを用いた場合、距離・年齢・赤道量・潮汐半径といった物理的パラメータの精度はどの程度か？
• RQ3 文献値と比較した場合、年齢決定に系統的なずれが生じる可能性はどれくらいか？ その原因は何か？
• RQ4 このパイプラインは、実際の星団と場所星の過剰密度、重複、または存在しない星団エントリをどれほど効果的に区別できるか？
• RQ5 第二銀河クアッドラントにおける星団の年齢分布および空間的構造はどのようになっており、銀河の渦状構造とどのように相関するか？

主な発見

• 調査は76%の確認率を達成し、初期の871件の対象から642個の散開星団、2個の球状星団、8個の連星団が同定された。
• サンプルは太陽からの距離2 kpcまで完全であり、平均表面密度は94個/kpc²であった。
• 若年齢星団（log t ≤ 7.9）は22 kpc⁻²を占め、高齢星団（log t > 8.75）は72 kpc⁻²を占め、高齢星団がより高い空間的集中度を示している。
• 文献値と比較して年齢決定に系統的なずれが検出されたが、空間的および運動的パラメータは良好な一致を示した。
• 151個の星団（確認された星団の23%）で径速度が正常に決定され、距離および年齢推定値はそれぞれ291個および333個の星団について、本調査で初めて得られた。
• パイプラインは、場所星の過剰密度や複数中心の連星団によるものなど、219件（24%）の対象を存在しない・重複・信頼性の低い分析が不可能な対象として効果的に除外した。