[論文レビュー] Photometric and kinematical analysis of Koposov 12 and Koposov 43 open clusters

W. H. Elsanhoury|arXiv (Cornell University)|Mar 25, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 83被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、PPMXLおよびGaia DR2データをクロスマッチしたものを用いて、あまり研究が進んでいないオープン集団Koposov 12 (FSR 802)およびKoposov 43 (FSR 848)について、光度および運動学的解析を実施した。アストロメトリックなメンバー選別およびJ、H、Ks、G、GBP、GRPバンドにおける等時曲線フィッティングを適用することで、両集団の年齢はそれぞれlog(age/yr) = 9.00 ± 0.20および9.50 ± 0.20、距離は1850 ± 43 pcおよび2500 ± 50 pc、質量は364 ± 19 M☉および352 ± 19 M☉が得られ、両集団とも動的平衡状態にあったことが判明した。

ABSTRACT

We present a photometric and kinematical analysis of two and poorly studied open clusters; Koposov 12 (FSR 802) and Koposov 43 (FSR 848) by using cross-matched data from PPMXL and Gaia DR2 catalog. We use astrometric parameters to identify 285 and 310 cluster members for Koposov 12 and Koposov 43, respectively. Using the extracted member candidates and isochrone fitting to near-infrared (J, H, Ks) and Gaia DR2 bands (G, GBP, GRP), and Color Magnitude Diagrams (CMDs), we have estimated ages: log (age/yr) = 9.00 +/- 0.20 and 9.50 +/- 0.20, and distances d = 1850 +/- 43 pc and 2500 +/- 50 pc for Koposov 12 and Koposov 43, respectively, assuming Solar metallicity (Z=0.019). The estimated masses of the cluster derived using initial mass function and synthetic CMD are 364 +/- 19 M_sun and 352 +/- 19 M_sun. We have also computed their velocity ellipsoid parameters based on (3x3) matrix elements (mu_ij).

研究の動機と目的

• Koposov 12 (FSR 802)およびKoposov 43 (FSR 848)という、あまり研究が進んでいない2つのオープン集団の基本的天体物理学的パラメータ（年齢、距離、赤外偏光、質量）を特定すること。
• PPMXLおよびGaia DR2カタログのクロスマッチデータを用いて、全アストロメトリック解（自己運動および明るさの不確実性）を活用し、メンバーの特定を改善すること。
• これらの集団において、初めてとしての集団の動的特性（緩和時間、蒸発時間、速度テンソルパラメータ（VEPs））を推定すること。
• 蒸発時間と緩和時間の比（τ ≫ 1）を用いて、集団の動的状態を評価すること。これにより、動的平衡状態が確認できる。

提案手法

• PPMXLカタログ（J、H、Ks）およびGaia DR2（G、GBP、GRP）のアストロメトリックおよび光度的データをクロスマッチし、メンバー確率が50％以上の星を特定する。
• 近赤外およびGaiaバンドにおける色-等級図（CMD）を構築し、等時曲線フィッティングを用いて年齢および距離を推定する。
• メンバー星の空間分布からの半径密度プロファイル解析を用いて、集団中心およびコア半径（rt）を決定する。
• 初期質量関数（IMF）および合成CMDを用いて、集団総質量を推定する。
• 空間速度成分（U、V、W）の3×3行列およびその分散を用いて、速度テンソルパラメータ（VEPs）を計算し、内部運動学的性質を分析する。
• 集団の動的進化 timescale（交差時間Tcross、緩和時間Trelax、蒸発時間τev）を計算し、集団の動的状態を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多バンド光度測定およびアストロメトリックなメンバー選別に基づき、Koposov 12およびKoposov 43の年齢、距離、赤外偏光は何か？
• RQ2 空間速度および速度テンソルパラメータ（VEPs）を含む運動学的性質について、2つの集団の間でどのような差が見られるか？
• RQ3 蒸発時間と緩和時間の比（τ ≫ 1）が示すように、Koposov 12およびKoposov 43は動的平衡状態にあると見なせるか？
• RQ4 これらの集団の総質量は何か？また、一般的なオープン集団の質量と比較するとどうなるか？
• RQ5 τ ≫ 1の比が、これらの集団の動的平衡状態を特定するために果たす意義は何か？

主な発見

• 等時曲線フィッティングをJ、H、Ks、G、GBP、GRPバンドで実施した結果、Koposov 12 (FSR 802)の年齢はlog(age/yr) = 9.00 ± 0.20、Koposov 43 (FSR 848)は9.50 ± 0.20と推定された。
• Koposov 12の距離は1850 ± 43 pc、Koposov 43の距離は2500 ± 50 pcであり、両者とも太陽金属量（Z = 0.019）を仮定した光度およびアストロメトリックフィッティングから得られた。
• Koposov 12の総質量は364 ± 19 M☉、Koposov 43の総質量は352 ± 19 M☉であり、初期質量関数および合成CMDを用いて推定された。
• 両集団とも動的平衡状態にあり、Koposov 12ではτ = 15.38 ± 3.92、Koposov 43ではτ = 36.72 ± 6.06であった。τ ≫ 1であることから、平衡状態が確認された。
• 空間速度（U、V、W）から算出した速度テンソルパラメータ（VEPs）は、異なる運動学的構造を示した：Koposov 43の速度分散（σV）は496 ± 4.50 km/sであり、Koposov 12の122 ± 9.00 km/sよりも高い。
• コア半径はKoposov 12でrt = 9.80 ± 3.13 pc、Koposov 43で9.70 ± 3.11 pcであり、緩和時間はそれぞれ65.017 ± 8.06 Myrおよび86.125 ± 9.28 Myrであった。