[論文レビュー] Na-O anticorrelation and HB. IX. Kinematics of the program clusters. A link between systemic rotation and HB morphology?

M. Bellazzini, A. Bragaglia+5 more|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 84被引用数 65

ひとこと要約

本研究では、20個の銀河縁の球状星団に属する1,981顆の径方向速度を分析し、星団の運動学的性質と複数星族との関連を調査した。星団の形成および化学的増幅過程に関連する系統的回転が、水平分岐の形態と強く相関していることが示された。

ABSTRACT

We use accurate radial velocities for 1981 member stars in 20 Galactic globular clusters, collected within our large survey aimed at the analysis of the Na-O anti-correlation, to study the internal kinematics of the clusters. We performed the first systematic exploration of the possible connections between cluster kinematics and the multiple populations phenomenon in GCs. We did not find any significant correlation between Na abundance and either velocity dispersion or systemic rotation. We searched for systemic rotation in the eight clusters of our sample that lack such analysis from previous works in the literature (NGC2808, NGC5904, NGC6171, NGC6254, NGC6397, NGC6388, NGC6441, and NGC6838). These clusters are found to span a large range of rotational amplitudes, from ~0.0 km/s (NGC6397) to ~13.0 km/s (NGC6441). We found a significant correlation between the ratio of rotational velocity to central velocity dispersion (V_{rot}/sigma_0) and the Horizontal Branch Morphology parameter (B-R)/(B+R+V). V_{rot}/sigma_0 is found to correlate also with metallicity, possibly hinting to a significant role of dissipation in the process of formation of globular clusters. V_{rot} is found to correlate well with (B-R)/(B+R+V), M_V, sigma_0 and [Fe/H]. All these correlations strongly suggest that systemic rotation may be intimately linked with the processes that led to the formation of globular clusters and the stellar populations they host.

研究の動機と目的

• 球状星団における内部運動学的性質と複数星族現象との潜在的関連を調査すること。
• 大規模分光調査から得た径方向速度データを用いて、ナトリウムの質量関数が速度分散や系統的回転と相関するかどうかを評価すること。
• 従来回転測定が行われていなかった8つの星団について、系統的回転を体系的に測定すること。
• 運動学的性質が、化学的自己増幅に関連する星団形成プロセスと相関するかどうかを調査すること。

提案手法

• GiraffeおよびUVES/VLTを用いた大規模分光調査から得た正確な径方向速度（RV）を、20個の銀河縁球状星団に属する1,981顆のメンバー星に適用した。
• 径方向速度解析を実施し、各星団の系統的回転振幅（A_rot）および中心速度分散（σ₀）を決定した。
• Spearman順位相関検定を用いて、A_rot/σ₀と水平分岐形態、金属量、質量、構造的性質など、さまざまな星団パラメータとの統計的関係を評価した。
• 水平分岐形態の代理指標として(B-R)/(B+R+V)を、金属量の指標として[Fe/H]を用いた。
• 統計的有意性を高めるために、パラメータの線形結合（LC1およびLC2）をテストした。
• 混同を最小限に抑えるため、半光半径内に存在する星を除外し、高いメンバー適合性を確保した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 球状星団の星において、ナトリウムの質量関数と系統的回転または速度分散との間に有意な相関があるか？
• RQ2 従来回転測定が行われていなかった星団は、系統的回転パターンを示すか？ また、既知の回転系星団と比較してどう異なるか？
• RQ3 回転速度と速度分散の比（V_rot/σ₀）は、水平分岐形態と相関するか？
• RQ4 A_rot や A_rot/σ₀ といった運動学的性質は、金属量、質量、構造的パラメータと関連するか？
• RQ5 観測された相関は、複数星族を生じさせた星団形成プロセスと運動学的性質との間に物理的関連があることを示唆するか？

主な発見

• ナトリウムの質量関数と速度分散、または系統的回転との間に有意な相関は認められず、ナトリウムがこれらの星団における運動学的構造のトレーサーでないことが示された。
• NGC2808、NGC5904、NGC6171、NGC6254、NGC6397、NGC6388、NGC6441、NGC6838 の8つの星団で、回転振幅がそれぞれ約0.0 km s⁻¹（NGC6397）から約13.0 km s⁻¹（NGC6441）の範囲で測定された。
• V_rot/σ₀と水平分岐形態パラメータ (B-R)/(B+R+V) の間に強い負の相関（Spearman r = -0.769、p = 2×10⁻⁵）が確認され、より極端な水平分岐形態は高い回転支持と関連していることが示された。
• 比 V_rot/σ₀ は金属量 [Fe/H] とも有意な正の相関を示し、星団形成過程における散逸の役割が示唆された。
• 回転速度 A_rot は、(B-R)/(B+R+V)、M_V、σ₀、[Fe/H] と有意に相関しており、すべてのp値が ≤ 0.007 であった。
• 線形結合 LC1 = (B-R)/(B+R+V) + 0.47M_V および LC2 = M_V - 1.73[Fe/H] は、A_rot と極めて強い相関を示し（それぞれ r = -0.888 および -0.811、p < 2×10⁻⁶）、運動学的性質と形態の関連が強く裏付けられた。