[論文レビュー] HdC and EHe stars through the prism of Gaia DR3: 3D distribution and Gaia's chromatic PSF effects

P. Tisserand, Courtney L. Crawford+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2023

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、Gaia DR3データを用いて、水素欠乏炭素星（HdC）、極端ヘリウム星（EHe）、およびDYPer型星の3次元空間的分布を分析した。その結果、大多数のHdCおよびEHe星は厚いディスク、バルジ、ハローに存在するが、一部は薄いディスクに類似した軌道を示すことが判明した。また、R Coronae Borealis星において、Gaiaの色依存的ポイントスプレッド関数（PSF）による顕著なアストロメトリックバイアスが特定され、今後のGaiaリリースでこの効果を補正する手がかりとなる可能性がある。

ABSTRACT

Upon its release the Gaia DR3 catalogue has led to tremendous progress in multiple fields of astronomy by providing the complete astrometric solution for nearly 1.5 billion sources. We analysed the photometric and astrometric results for Hydrogen-deficient Carbon (HdC), Extreme Helium (EHe), and DYPer type stars to identify any potential biases and thus to select stars suitable for kinematic and spatial distribution studies. We investigated the impact of photometric declines in R Coronae Borealis (RCB) stars on Gaia astrometry using information from the Gaia IPD process cross-matched with light curves. We have reached the conclusion that the astrometric fits for numerous RCB stars are not valid due to the Gaia PSF chromaticity effect in both shape and centroid. The astrometric results of all stars with a significant time-dependent colour variation should be similarly affected. RCB stars might thus be promising sources to correct this effect in future Gaia releases. Furthermore, after validating the Gaia astrometric results for 92 stars, we observed that the majority of HdC and EHe stars are distributed across the three old stellar structures, the thick disk, the bulge and the halo. However, we have also uncovered evidence indicating that some of them exhibit orbits characteristic of the thin disk. This is also particularly true for all DYPer type stars studied. Finally, we have produced a list of star memberships for each Galactic substructure, and provided a list of heliocentric radial velocities and associated errors for targets not observed by Gaia DR3. We are beginning to observe a relationship between kinematics, stellar population, and metallicity in RCB and EHe stars. That relation can be explained, within the double degenerate scenario, by the large range in the delay time distribution expected from population synthesis simulations, particularly through the HybCO merger channel.

研究の動機と目的

• 希少なHdC、EHe、DYPer型星のGaia DR3アストロメトリックおよびフォトメトリック測定の信頼性を評価すること。
• 時間的に変化する色を示す星（例：RCB星）において、Gaiaの色依存的ポイントスプレッド関数（PSF）が引き起こす可能性のあるアストロメトリックバイアスを調査すること。
• 銀河の部分構造（薄いディスク、厚いディスク、ハロー、バルジ）におけるHdCおよびEHe星の3次元空間的分布を特定すること。
• 二重白色矮星合体シナリオに基づく形成歴史を制約するため、HdCおよびEHe星の運動学的および金属量の相関関係を調査すること。
• Gaia DR3で観測されなかった対象のヒエロセントリックルーラル速度と誤差のリストを整備すること。

提案手法

• Gaia DR3のアストロメトリックおよびフォトメトリックデータを、画像パラメータ決定（IPD）および光曲線情報と照合する。
• RCB星の時間依存的色変動を分析し、Gaiaの色依存的PSFおよび重心推定に与える影響を評価する。
• 軌道統合と動力学的分類を用いて、星を銀河の部分構造（薄いディスク、厚いディスク、ハロー、バルジ）に分類する。
• 二重白色矮星合体からの遅延時間分布を解釈するため、パopulation合成モデルを適用し、特にHybCOチャネルに注目する。
• 既存の文献およびフォトメトリックデータとの照合による、92個の星のアストロメトリック解の妥当性を検証する。
• 38個のGaia DR3で観測されなかった対象のルーラル速度測定値を、分光調査および文献から整備する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 R Coronae Borealis星のアストロメトリック解は、色依存的PSF効果によりどの程度バイアスを受けるか？
• RQ2 HdCおよびEHe星の3次元空間的分布は、のちに形成された銀河の古くからの星形成部分構造にどのように分布しているか？
• RQ3 薄いディスクに類似した軌道と高い金属量を持つ星は、HdCおよびEHe星の若い形成集団を示唆するか？
• RQ4 HdCおよびEHe星に観測された運動学的および金属量の傾向は、広い遅延時間分布を持つ二重白色矮星合体シナリオで説明可能か？
• RQ5 DYPer型星の軌道的特徴は、HdCおよびEHe星とどのように異なり、それらの形成期に何を示唆するか？

主な発見

• R Coronae Borealis星、特にR CrB自体のアストロメトリック解は、Gaiaの色依存的PSF効果により信頼性が低く、PSFの形状および重心の両方に歪みが生じる。
• HdCおよびEHe星の大多数は、厚いディスク、バルジ、ハローに分布しており、バルジには2つのEHe星、ハローには1つのEHe星が確認された。
• HdCおよびEHe星のうち、すべての3つのDYPer型星を含む一部の星は、薄いディスクに類似した軌道的特徴を示しており、若い形成集団を示唆する。
• 二重白色矮星モデルにおけるHybCO合体チャネルは、二峰性の遅延時間分布を予測し、現在のHdC星の75％が長時間遅延（>5 Gyr）から起因していると示唆しており、古くからの銀河的構造に存在するのと整合的である。
• 残りの25％のHdC星は短時間遅延（1 Gyr未満）から起因しており、観測された薄いディスクに類似した軌道および高い金属量と一致する。
• LMCのバー構造には、短時間遅延合体によって形成されたHdC星が存在し、約20億年前の最近の星形成バーストと整合的である。これは、合体時間スケールが環境に依存することを示唆している。