[論文レビュー] Mapping the stellar age of the Milky Way bulge with the VVV

F. Surot, E. Valenti+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 27被引用数 42

ひとこと要約

本論文は、深さのあるVVVサーベイの光度測定を用いて、銀河のバルジにおける10 arcsecまでの高分解能（10 arcsec）の赤方偏移マップをJ−Ks色に提示する。細かい空間的ビンに分けた赤クラスター星および赤巨星分支星の分析により、1分未塔の分解能を達成し、銀河平面および中心部近辺の星族研究における減光補正を顕著に改善する。

ABSTRACT

The detailed study of the Galactic bulge stellar population necessarily requires an accurate representation of the interstellar extinction particularly toward the Galactic plane and center, where the severe and differential reddening is expected to vary on sub-arcmin scales. Although recent infrared surveys have addressed this problem by providing extinction maps across the whole Galactic bulge area, dereddened color-magnitude diagrams near the plane and center appear systematically undercorrected, suggesting the need for higher resolutions. These undercorrections affect any stellar study sensitive to color (e.g. star formation history analysis via color-magnitude diagram fitting), either making them inaccurate or limiting them to small low/stable extinction windows where this value is better constrained. We aim at providing a high-resolution (2 arcmin to $\sim$ 10 arcsec) color excess map for the VVV bulge area, in $\mathrm{J}-\mathrm{K}_s$ color. We use the MW-BULGE-PSFPHOT catalogs sampling $\sim$ 300 deg$^2$ across the Galactic bulge ($|l| < 10^\circ$ and $-10^\circ < b < 5^\circ$) to isolate a sample of red clump and red giant branch stars, for which we calculate average $\mathrm{J}-\mathrm{K}_s$ color in a fine spatial grid in $(l, b)$ space. We obtain a E$(\mathrm{J}-\mathrm{K}_s)$ map spanning the VVV bulge area of roughly 300 deg$^2$, with the equivalent to a resolution between $\sim$ 1 arcmin for bulge outskirts ($l < -6^\circ$) to below 20 arcsec within the central $|l| < 1^\circ$, and below 10 arcsec for the innermost area ($|l| < 1^\circ$ and $|b| < 3^\circ$). The result is publicly available at http://basti-iac.oa-teramo.inaf.it/vvvexmap/

研究の動機と目的

• 銀河バルジにおける既存の赤方偏移マップの限界、特に低空間分解能および高減光領域における系統的誤差を是正すること。
• 特に銀河平面および中心部において、微小な1分未塔スケールでの差分赤方偏移が生じる領域における星族研究の減光補正精度を向上させること。
• 色-等級図フィッティングおよび星形成歴史解析の信頼性を高めるために、公開可能な高分解能の色過剰マップ（E(J−Ks)）を提供すること。
• 今後の光度測定および分光サーベイを支援するために、密集した高減光領域における正確なターゲット選定および減光補正を可能にすること。

提案手法

• VVVサーベイのMW-BULGE-PSFPHOTカタログを用い、銀河バルジの約300 deg²をカバー（|l| < 10°, −10° < b < 5°）。
• 赤クラスター星および赤巨星分支星が、明確に定義されたJ−Ks色を持つため、安定した色指標として特定される。
• 空間的に細かいグリッド（l, b）空間において、J−Ks色の平均値を計算し、小さなビンサイズ（約9 arcsec、8 kpcの距離で約350 pc）を用いる。
• 外側バルジ部では約1 arcminの分解能、内側|l| < 1°, |b| < 3°領域では10 arcsec未塔の分解能にまで適応的に分解能を向上させる空間的ビンニング戦略を採用。
• 各ビンにおける色分布の幅を、視線方向光学的厚さの代理指標およびE(J−Ks)の不確実性の尺度として用いる。
• 既存の減光マップと比較し、赤クラスターlocusの分散において改善された一貫性を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 深紫外近赤外光度測定を用いて、1分未塔の空間分解能を持つ銀河バルジの高分解能赤方偏移マップを構築可能か？
• RQ2 1分未塔分解能は、銀河平面付近の密集・高減光領域における減光補正をどのように改善するか？
• RQ3 新しいマップは、過去のマップと比較して、赤クラスターlocusの色分散をどの程度低減するか？
• RQ4 マップの分解能と正確性は、銀河中心部におけるより信頼性の高い星形成歴史再構築を可能にするか？
• RQ5 マップの分解能およびビンニング戦略は、微小スケールのダスト構造および前方クラスタの検出にどのような影響を及えるか？

主な発見

• 外側バルジ部では約1 arcminの空間分解能を達成し、|l| < 1°では20 arcsec未塔、|l| < 1°および|b| < 3°の内側領域では10 arcsec未塔の分解能を達成。
• 中央タイル（b333）における赤クラスターlocusの標準偏差は、G18マップを用いた場合の0.46 magから、本マップでは0.24 magに低下し、46%の改善が達成された。
• マップは、特に銀河平面付近で、細い繊維、スレート状構造、塊状の分布を示す微細構造を明らかにした。
• マップは、前方クラスタを局所的かつ急激な色過剰低下（背景より青色）として明確に抽出でき、微小スケールの減光特徴への感受性を示した。
• 各ビンにおける色幅は、視線方向光学的厚さの信頼できる代理指標であり、E(J−Ks)のスケーリングされた不確実性推定値を提供する。
• マップは http://basti-iac.oa-teramo.inaf.it/vvvexmap/ で公開されており、Surot et al. (2019b) でもすでに使用されており、MW-BULGE-PSFPHOTカタログにも統合済み。