[論文レビュー] Local kinematics of K and M giants from Coravel/Hipparcos/Tycho-2 data. Revisiting the concept of superclusters

Benoît Famaey, A. Jorissen+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 24, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 49被引用数 17

ひとこと要約

本研究では、CORAVELサーベイの径速度、Tycho-2の自己運動、Hipparcosの距離から得た視差を用いて、太陽系近傍の5952個のKおよび739個のM巨星の運動学的解析を実施した。その結果、従来「スーパークラスタ」と呼ばれてきた小スケール速度構造は、星団の痕跡ではなく、一時的な渦状密度波に起因する動的ストリームであると解釈されるべきであることが明らかになった。主な発見は、ヒューガスストリームやハイアデス＝プレアデス群を含むこれらのストリームは広い年齢範囲を示し、共evalではないということであり、従来のスーパークラスタ概念に疑問を呈するとともに、太陽運動の決定における頂点偏差や運動学的バイアスの動的起源を示唆している。

ABSTRACT

The availability of the Hipparcos Catalogue triggered many kinematic and dynamical studies of the solar neighbourhood. Nevertheless, those studies generally lacked the third component of the space velocities, i.e., the radial velocities. This work presents the kinematic analysis of 5952 K and 739 M giants in the solar neighbourhood which includes for the first time radial velocity data from a large survey performed with the CORAVEL spectrovelocimeter. It also uses proper motions from the Tycho-2 catalogue, which are expected to be more accurate than the Hipparcos ones. The UV-plane constructed from these data for the stars with precise parallaxes reveals a rich small-scale structure, with several clumps corresponding to the Hercules stream, the Sirius moving group, and the Hyades and Pleiades superclusters. A maximum-likelihood method, based on a bayesian approach, has been applied to the data, in order to make full use of all the available stars and to derive the kinematic properties of these subgroups. Isochrones in the Hertzsprung-Russell diagram reveal a very wide range of ages for stars belonging to these groups. These groups are most probably related to the dynamical perturbation by transient spiral waves rather than to cluster remnants. A possible explanation for the presence of young clusters in the same area of the UV-plane is that they have been put there by the spiral wave associated with their formation, while the kinematics of the older stars of our sample has also been disturbed by the same wave. The term "dynamical stream" for the kinematic groups is thus more appropriate than the traditional term "supercluster" since it involves stars of different ages, not born at the same place nor at the same time.

研究の動機と目的

• 高精度な運動学的データを用いて、太陽系近傍における「スーパークラスタ」の概念を再評価すること。
• KおよびM巨星に観測された速度構造が、共evolutionの星団の痕跡であるのか、それとも動的摂動によるものであるのかを調査すること。
• 速度分布に生じるストリームによるバイアスを考慮に入れた上で、真の太陽運動を特定すること。
• 一時的な渦状波が銀河ディスクの位相空間構造をどのように形成しているかを評価すること。
• 大規模で偏りのないサンプルを用いて、最尤ベイズ法を適用し、太陽系近傍の洗練された運動学的モデルを構築すること。

提案手法

• CORAVEL分光速度計サーベイ（精度 ~0.3 km s⁻¹）の径速度と、Tycho-2カタログの自己運動、Hipparcosの視差を統合した。
• 観測バイアスを考慮し、距離誤差が20%未満（σπ/π ≤ 20%）の星を含む不確実な視差を持つ星を対象に、最尤ベイズ法を用いて速度分布をモデル化した。
• U-V平面（U, V空間速度）を構築し、ヒューガスストリーム、シラス・ムービンググループ、ハイアデス＝プレアデススーパークラスタなどの運動学的クラスタを特定した。
• HR図における等時曲線フィッティングを用いて、各運動学的グループに属する星の年齢を推定した。
• 重心速度が特定できない分光連星を除外し、最終サンプルを5311個のK巨星および719個のM巨星に絞った。
• ストリーム成分を除去した後に得られる速度楕円体を評価し、局所標準静止座標系に対する真の太陽運動を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽系近傍に観測された運動学的クラスタ、例えばハイアデス＝プレアデス群は、共evolutionの星団の痕跡であるのか、それとも動的摂動の結果であるのか？
• RQ2 速度分布に生じるストリームによるバイアスを考慮に入れると、真の径方向太陽運動は何か？
• RQ3 KおよびM巨星に観測された速度構造は、安定な星団の痕跡ではなく、一時的な渦状密度波に起因するものなのか？
• RQ4 同じ運動学的グループに属する星々が広い年齢範囲を示すのは、共通の形成時刻ではなく、共通の動的起源によるものと説明できるか？
• RQ5 全サンプルで観測される16.2°の頂点偏差は、真の回転異常ではなく、複数の動的ストリームの重ね合わせに起因するのだろうか？

主な発見

• M巨星では分光連星の割合が5.7%にとどまる一方、K巨星では13.7%であるため、やや冷たい巨星では連星頻度が低いことが示された。
• 連星を除外した後、最終サンプルには5311個のK巨星および719個のM巨星が、正確な視差（σπ/π ≤ 20%）を有するものとして残った。
• U-V平面には、ヒューガスストリーム、シラス・ムービンググループ、ハイアデス＝プレアデススーパークラスタに対応する複数の運動学的クラスタが確認され、小スケール速度構造が存在することが示された。
• HR図における等時曲線の結果、これらのグループに属する星々の年齢には極めて広い範囲が認められ、共evolutionの星団の痕跡という仮説に反する。
• ストリームを除去した後の速度楕円体は、⟨U⟩ = -2.78 ± 1.07 km s⁻¹に中心を置くが、これは一般的に想定される値とは異なる。これは、標準的な太陽運動決定法にバイアスが存在することを示唆している。
• ストリームによるバイアスを適切に補正した場合にのみ、全サンプルから標準的な太陽運動値 ⟨U⟩ = -10.25 ± 0.15 km s⁻¹が得られる。これは、太陽系近傍には、単一のゼロネット径方向運動の基準フレームが存在しない可能性を示唆している。