[論文レビュー] Planetary nebulae in the inner Milky Way II: the Bulge-Disk transition

O. Cavichia, R. D. D. Costa+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 17, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 21被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、140個の惑星状星雲の分光的元素比を用いて、はくちょう銀河のバルジと内部済みの境界を示す銀河中心からの距離を特定した。統計的距離スケールを用いたコルモゴロフ＝スミルノフ検定により、1.5 kpcで明確な化学的不連続性が検出された。この距離以降、内部済みのα要素比はもはや半径勾配に従わなくなり、両者の集団の明確な界面が示された。

ABSTRACT

In this work, a sample of planetary nebulae located in the inner-disk and bulge of the Galaxy is used in order to find the galactocentric distance which better separates these two populations, from the point of view of abundances. Statistical distance scales were used to study the distribution of abundances across the disk-bulge interface. A Kolmogorov-Smirnov test was used to find the distance in which the chemical properties of these regions better separate.The results of the statistical analysis indicate that, on the average, the inner population has lower abundances than the outer. Additionally, for the $α$-elements abundances, the inner population does not follow the disk radial gradient towards the galactic center. Based on our results, we suggest a bulge-disk interface at 1.5 kpc, marking the transition between the bulge and inner-disk of the Galaxy, as defined by the intermediate mass population.

研究の動機と目的

• 銀河バルジと内部済み集団の化学的性質が分離する銀河中心からの距離を特定すること。
• 惑星状星雲のα要素比の勾配が銀河中心に向かって滑らかに続くのか、あるいは不連続性を示すのかを評価すること。
• Z95およびSSV08の統計的距離スケールが、化学的元素比分布に基づいてバルジと内部済みの惑星状星雲集団を分離するのに信頼できるかを評価すること。
• 観測された元素比の差が統計的に有意であるか、選択バイアスや測定誤差によるものではないかを検討すること。
• 化学的進化のパターンに基づき、1.5 kpcに物理的境界を設定し、銀河のバルジと内部済み成分の遷移を示すことを提案すること。

提案手法

• 銀河内部の140個の惑星状星雲の分光的元素比測定値（うち35個は新たに導出）を用いた。
• Zhang (1995)およびStanghellini et al. (2008)の2つの統計的距離スケールを用いて、各星雲の銀河中心からの距離を推定した。
• コルモゴロフ＝スミルノフ（K-S）検定を実施し、2つのグループ（内部済み：R > 1.5 kpc、バルジ：R ≤ 1.5 kpc）におけるα要素比（O、Ne、S、Ar）の累積分布関数を比較した。
• 複数の要素にわたる平均元素比の差を計算し、複数の要素の合成誤差を用いて有意性を評価した。
• 既存の文献における半径勾配、星形成率、銀河化学進化モデルと照合し、結果を検証した。
• サンプル選択や測定誤差に起因する系統的バイアスがないかを検証することで、結果の頑健性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河中心からのどの距離で、銀河内部の惑星状星雲の化学的元素比パターンが済み的からバルジ的へと遷移するか？
• RQ2 銀河内部の惑星状星雲におけるα要素比は、既存の済みの半径勾配に従うのか、それとも中心付近で逸脱するのか？
• RQ3 内部済みとバルジの惑星状星雲間で観測された元素比の差は統計的に有意なのか、それとも測定誤差やサンプルバイアスによるものなのか？
• RQ4 Z95およびSSV08の2つの異なる統計的距離スケールが、バルジと済みの境界を識別する際にどのように結果を出し合うか？
• RQ5 観測された元素比の不連続性は、銀河バルジと内部済みの星形成歴および化学的進化にどのような意味を持つのか？

主な発見

• コルモゴロフ＝スミルノフ検定により、銀河中心からの距離1.5 kpcが、銀河内部の惑星状星雲の化学的元素比分布がバルジと内部済み集団に最も明確に分離する点として特定された。
• Z95距離スケールでは、バルジ（グループI）と内部済み（グループII）の惑星状星雲間の元素比差が統計的に有意であることが判明した。グループIではOが72、Sが66、Arが50、Neが43の測定値があり、グループIIではOが41、Sが39、Arが28、Neが29の測定値であった。
• O、S、Ar、Neの平均元素比の合成誤差は、両グループ間の観測された元素比差よりも著しく小さく、差が測定誤差によるものではないことを示している。
• SSV08距離スケールではK-S検定の結果は不確かだったが、半径勾配の傾向から、内側領域（R < 2.9 kpc）のα要素比は済みの半径勾配に従わないことが示された。
• 内側集団（R ≤ 1.5 kpc）は外側済みと比較して、系統的に低いα要素比を示しており、異なる化学的進化歴を示していると考えられる。
• 結果は、1.5 kpcに物理的バルジ＝済み界面が存在することを支持しており、内側からの形成モデルや銀河中心部の星形成率の低減と整合的である。