[論文レビュー] Mapping the stellar age of the Milky Way bulge with the VVV. II. Deep JKs catalogs release based on PSF photometry

F. Surot, E. Valenti+7 more|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 33被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、複数エポックのVVV調査データを用いたPSFフィッティング photometryにより、約300 deg² の銀河のへそ領域にわたるほぼ6億顆の星の深さと高頻度のJおよびKsバンドのphotometricカタログを提示している。このカタログは、古くから主系列の転回点より約1〜2 mag暗い星までをカバーするという前例のない深さと完全性に達しており、星の年齢、運動学、構造に関する詳細な研究を可能にし、ESO Science Archiveを通じて完全に公開されている。

ABSTRACT

The bulge represents the best compromise between old and massive Galactic component, and as such its study is a valuable opportunity to understand how the bulk of the Milky Way formed and evolved. In addition, being the only bulge in which we can individually resolve stars in all evolutionary sequences, the properties of its stellar content provide crucial insights on the formation of bulges at large. We aim at providing a detailed and comprehensive census of the Milky Way bulge stellar populations by producing deep and accurate photometric catalogs of the inner ~300 sqdeg of the Galaxy. We perform DAOPHOT/ALLFRAME PSF-fitting photometry of multi-epochs J and Ks images provided by the VVV survey to obtain deep photometric catalogs. Artificial star experiments have been conducted on all images to properly assess the completeness and the accuracy of the photometric measurements. We present a photometric database containing nearly 600 million stars across the bulge area surveyed by the VVV. Through the comparison of derived color-magnitude diagrams of selected fields representative of different levels of extinction and crowding, we show the quality, completeness and depth of the new catalogs. With the exception of the fields located along the plane, this new photometry samples stars down to ~1-2 mag below the MS-TO with unprecedented accuracy. To demonstrate the tremendous potential inherent to this new dataset, we give few examples of possible applications such as: i) star counts studies through the dataset completeness map; ii) surface brightness map; and iii) cross-correlation with Gaia DR2. The database presented here represents an invaluable collection for the whole community, and we encourage its exploitation. The photometric catalogs including completeness information are publicly available through the ESO Science Archive.

研究の動機と目的

• 銀河のへそ領域の星の集団を詳細に研究できる、包括的で深さがあり、正確なphotometricカタログを作成すること。
• 過去のVVVデータリリースの限界を克服し、特に混雑しやすく高密度に消光が強い領域において、PSFフィッティングphotometryを用いて精度と完全性を向上させること。
• 人工星実験を用いて、VVVへそ領域全体におけるphotometricの完全性と精度を評価すること。
• 将来的な星の年齢、金属量、運動学、およびへそ構造に関する研究のための、コミュニティがアクセス可能な公開データセットを提供すること。

提案手法

• VVV調査の複数エポックのJおよびKs画像を用いて、DAOPHOT/ALLFRAMEを用いた洗練されたPSFフィッティングphotometry。
• 全3,912枚の個別のVVV画像に対して人工星実験を実施し、各フィールドごとのphotometric完全性と精度を補正した。
• 全約300 deg²のVVVへそ領域をカバーする196枚の個別photometricカタログを生成し、Ks ≈ 20およびJ ≈ 21の限界マグニチュードを達成した。
• 信頼できる星数および表面輝度の研究が可能な、詳細な完全性マップを生成した。
• 新しいVVV photometryをGaia DR2と照合し、Gaiaと地上の近赤外photometryの相乗効果を評価した。
• 完全性情報も含めた、完全なphotometricカタログをESO Science Archiveを通じてコミュニティの利用可能に公開した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 混雑しやすく高密度に消光が強い銀河のへそ領域において、深さのあるJおよびKsバンドphotometryの完全性と精度はどの程度か？
• RQ2 PSFフィッティングphotometryは、へそ領域の異なる地域において、古くから主系列の転回点をどの程度のマグニチュードまでサンプリングできるか？
• RQ3 さまざまな消光および混雑度のレベルにおいて、Gaia DR2と新しいVVV PSF photometryのphotometricの深さと完全性はどのように比較されるか？
• RQ4 新しいphotometricカタログは、合成色-等級図フィッティングを用いた星の年齢の信頼性ある決定を可能にするか？
• RQ5 消光および混雑度が、へそ領域における赤クラスター星および主系列の転回点星の検出可能性にどのような影響を与えるか？

主な発見

• カタログには、約300 deg² の銀河のへそ領域にわたるほぼ6億顆の星が含まれており、photometryはKs ≈ 20およびJ ≈ 21まで到達している。
• 赤クラスター星集団のphotometric完全性は、へそ全体でほぼ100%から70%の範囲にあり、銀河中心に近い内側のフィールドでは50%に低下する。
• 外側のへそ領域（|b| > 3.5°）では、古くから主系列の転回点が50%以上の完全性でサンプリングされており、年齢および星形成歴の研究が可能である。
• Gaia DR2のphotometryは、中心付近のへそ領域（b ≈ -4°）では主系列の転回点を十分にサンプリングできず、混雑や消光が弱い領域では依然として有効である。
• Gaiaと新しいVVV PSF photometryの組み合わせにより、固有運動とより深いCMDを用いて、へそとディスクの星の集団をよりよく分離できるようになった。
• 完全性マップを含めた、全データセットは、コミュニティ全体が利用可能なESO Science Archiveを通じて公開されている。