[論文レビュー] Proper Motions of the LMC and SMC: Reanalysis of Hubble Space Telescope Data

Slawomir Piatek, C. Pryor+1 more|ArXiv.org|Dec 11, 2007

Geophysics and Gravity Measurements被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、恒星の明るさや検出器効率に関連する系誤差を補正することで、ハッブル宇宙望遠鏡のデータを再分析し、大・小マゼラン雲の自己運動を精緻化する。中心質量の自己運動がより高い精度で確認され、初めて自己運動を用いて大マゼラン雲に明確な時計回りの回転を検出。半径275弧分における回転速度の大きさは120 ± 15 km s⁻¹である。

ABSTRACT

Kallivayalil et al. have used the extit{Hubble Space Telescope} to measure proper motions of the LMC and SMC using images in 21 and five fields, respectively, all centered on known QSOs. These results are more precise than previous measurements, but have surprising and important physical implications: for example, the LMC and SMC may be approaching the Milky Way for the first time; they might not have been in a binary system; and the origin of the Magellanic Stream needs to be re-examined. Motivated by these implications, we have reanalyzed the original data in order to check the validity of these measurements. Our work has produced a proper motion for the LMC that is in excellent agreement with that of Kallivayalil et al., and for the SMC that is in acceptable agreement. We have detected a dependence between the brightness of stars and their mean measured motion in a majority of the fields in both our reduction and that of Kallivayalil et al. Correcting for this systematic error and for the errors caused by the decreasing charge transfer efficiency of the detector produces better agreement between the measurements from different fields. With our improved reduction, we do not need to exclude any fields from the final averages and, for the first time using proper motions, we are able to detect the rotation of the LMC. The best-fit amplitude of the rotation curve at a radius of 275 arcmin in the disk plane is $120 \pm 15$ km s$^{-1}$. This value is larger than the 60--70 km s$^{-1}$ derived from the radial velocities of HI and carbon stars, but in agreement with the value of 107 km s$^{-1}$ derived from the radial velocities of red supergiants.

研究の動機と目的

• ハッブル宇宙望遠鏡によるLMCおよびSMCの自己運動測定値を再評価し、より高い精度で過去の結果の妥当性を検証すること。
• 元の解析における系統的誤差、特に星の信号対ノイズ比およびHRC検出器の電荷転送効率の時間的低下に関連する傾向を特定・是正すること。
• 自己運動データからLMCの内部回転が検出可能かどうかを評価すること。これは、この手法では以前に検出されていなかった特徴である。
• 分野間の内部整合性を向上させ、最終的な平均自己運動にすべての分野を除外せずに使用できるようにすること。
• 不確実性を低減した最新の中心質量自己運動値を、LMCおよびSMCに対して提供すること。

提案手法

• 21個のLMCおよび5個のSMC分野のアーカイブHST/ACS-HRC画像を、洗練されたアストロメトリックパイプラインで再処理し、背景のQSOに対して星の相対的自己運動を測定した。
• ほとんどの分野で、測定された自己運動と星の明るさ（信号対ノイズ比）との間に系統的傾向が検出され、これを補正しないと結果が偏るため、補正を実施した。
• HRCのCCDにおける時間的低下する電荷転送効率に起因する補正を適用した。これは、時間経過に伴い光度測定およびアストロメトリに影響を与える。
• モデルベースのアプローチを用いて、275弧分まで線形に増加し、その後フラットな回転曲線を示すと仮定して、回転速度を推定した。
• 補正後の内部整合性が向上したため、すべての分野を独立した測定とみなして重み付き平均を用いて分野測定値を統合した。
• Kallivayalilら（2006）との比較と、分野間の散らばりと一致度の評価により、結果の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 星の明るさに応じた自己運動測定値の系統的傾向が、ハッブル宇宙望遠鏡を用いたLMCおよびSMCの自己運動推定値の信頼性に影響を与えるか？
• RQ2 HRC検出器の電荷転送効率の低下が、アストロメトリック解に測定可能なバイアスをもたらす可能性があり、それが是正可能か？
• RQ3 自己運動データからLMCの内部回転が検出可能か？また、275弧分の半径における回転速度の大きさはいかほどか？
• RQ4 分野測定値の改善された整合性により、最終的な平均自己運動にすべての分野を除外せずに含められるか？
• RQ5 更新されたLMCおよびSMCの自己運動値は、過去の測定値とどのように異なり、それらの軌道的力学にどのような意味を持つのか？

主な発見

• 再分析により、LMCの中心質量自己運動が(μα, μδ) = (195.6 ± 3.6, 43.5 ± 3.6) mas century⁻¹と確認され、Kallivayalilらと非常によく一致しており、精度が向上した。
• SMCの中心質量自己運動は(75.4 ± 6.1, -125.2 ± 5.8) mas century⁻¹と測定され、内部整合性の向上によりKallivayalil らの値に比べて不確実性が2.5倍小さくなった。
• ほとんどの分野で、測定された自己運動と星の信号対ノイズ比との間に系統的傾向が検出され、これを補正することで分野間の整合性が著しく向上した。
• 補正後、最終平均に含めるために分野を除外する必要がなくなり、より強固で高精度な平均が得られた。
• 初めて自己運動を用いて、LMCに時計回りの回転を検出。半径275弧分における最適適合回転速度は120 ± 15 km s⁻¹であった。
• 測定されたLMCの回転速度は、HIや炭素星の径方向速度測定値（60–70 km s⁻¹）よりも大きいが、赤超巨星の径方向速度測定値（107 km s⁻¹）と整合的である。