[論文レビュー] RAVE: The RAdial Velocity Experiment

Matthias Steinmetz|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 2002

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 6

ひとこと要約

RAVEは、英国スミス望遠鏡と北半球の類似望遠鏡を用いて、全天にわたる大規模な調査を提案し、V = 16までにまで及ぶ5000万顆星の径速度、金属量、および元素比を測定する。Echidnaファイバー位置決め装置とVPH回折格子を用いた高度なマルチファイバー分光法により、R ≈ 10,000で1 km s⁻¹の径速度精度を達成し、運動学的・化学的データベースを、従来の調査と比べて3桁大きい規模に拡大する。

ABSTRACT

RAVE (RAdial Velocity Experiment) is an ambitious program to conduct an all-sky survey (complete to V = 16) to measure the radial velocities, metallicities and abundance ratios of 50 million stars using the 1.2-m UK Schmidt Telescope of the Anglo-Australian Observatory (AAO), together with a northern counterpart, over the period 2006 - 2010. The survey will represent a giant leap forward in our understanding of our own Milky Way galaxy, providing a vast stellar kinematic database three orders of magnitude larger than any other survey proposed for this coming decade. RAVE will offer the first truly representative inventory of stellar radial velocities for all major components of the Galaxy. The survey is made possible by recent technical innovations in multi-fiber spectroscopy; specifically the development of the 'Echidna' concept at the AAO for positioning fibers using piezo-electric ball/spines. A 1m-class Schmidt telescope equipped with an Echidna fiber-optic positioner and suitable spectrograph would be able to obtain spectra for over 20 000 stars per clear night. Although the main survey cannot begin until 2006, a key component of the RAVE survey is a pilot program of 100 000 stars which may be carried out using the existing 6dF facility in unscheduled bright time over the period 2003--2005.

研究の動機と目的

• 現在の調査とGAIAミッションの間で、径速度と化学成分比を有する大規模で全天にわたる分光調査が不足しているという問題に応えること。
• 薄銀河ディスク、厚銀河ディスク、ハロー、バルジを含む、すべての主要銀河的構成要素の代表的で、運動学的および化学的に包括的な在庫を提供すること。
• 1 km s⁻¹の精度で径速度を測定し、[Fe/H]に対して0.1 dexの精度で金属量を測定することにより、銀河の形成と進化に関する詳細な研究を可能にすること。
• GAIAの分光データを10年前倒しで提供し、GAIAのデータ処理パイプラインのトレーニングデータセットとして機能させること。
• [α/Fe]などの化学的成分比と、星族ごとの運動学的特徴を用いて、ディスクおよびバルジ形成の競合モデルを検証すること。

提案手法

• ピエゾエレクトリックボール／スパイナを用いた高速再設定（約5分）が可能な2250ファイバーのEchidna位置決め装置を備えた1.2-m英国スミス望遠鏡と、北半球用の類似装置を用いる。
• 250Åのカバー範囲（Ca IIトリプレット、850–875 nm中心）を有する高効率VPH回折格子分光器を採用し、R ≈ 10,000、2ピクセルサンプリングで運用する。
• R = 10,000で1 km s⁻¹の径速度精度、[Fe/H]に対して0.1 dexの金属量精度を達成し、V < 15の星の約50％に対して[α/Fe]の推定値を得る。
• 2003–2005年にかけて180日間で約10万顆星を観測するパイロット調査を、UKスミス望遠鏡の既存の6dF施設を用いて実施。R = 4,000、2 km s⁻¹の精度を達成。
• 光度距離推定を可能にするために、0.4 < B−V < 0.8の星を標的とし、本調査ではV = 16まで完全性を確保する。
• 30分露光により、V = 15でS/N = 30を達成し、1晩に約22,000顆星を観測可能とし、5年間で合計2500万顆星を標的とすることを想定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽から2 kpcを超える範囲における銀河の薄ディスクの運動学的・化学的構造は何か？ また、内側のバー構造や外縁の湾曲構造は、その力学的挙動にどのように影響を与えるか？
• RQ2 厚ディスクの起源は何か？ 星団の吸収によるディスク加熱によるものか、それとも初期の収縮とエネルギー散逸によるものか？ これには化学的・運動学的特徴を用いる。
• RQ3 厚ディスクに半径方向の成分比勾配が存在するか？ それによって、薄ディスクとは異なった形成機構が示唆されるか？
• RQ4 銀河バルジにおける[α/Fe]成分比の分布は何か？ これは、急速な収縮か、長期にわたる星形成期を支持するか？
• RQ5 ハローおよび外側バルジ星の化学的・運動学的性質は、特にCDM構造形成の文脈において、銀河形成モデルをどのように制約するか？

主な発見

• Echidnaファイバー位置決め装置とVPH回折格子分光器を用いて、R ≈ 10,000で1 km s⁻¹の径速度精度を達成した。
• [Fe/H]に対して0.1 dexの精度で金属量が決定され、V < 15の星の約半数に対して[α/Fe]の成分比が推定された。
• S/N = 30でV = 15の星を1晩に約22,000顆星観測可能であり、5年間の本調査で合計2500万顆星を標的とした。
• 6dFを用いたパイロット調査では、R = 4,000で2 km s⁻¹の精度を達成し、本調査の技術的実現可能性を検証した。
• RAVEは、薄ディスク、厚ディスク、ハロー、バルジを含む、すべての主要銀河的構成要素について、初めて代表的で全天にわたる径速度および化学成分比の在庫を提供した。
• GAIAの分光データを10年近くも前倒しで提供し、GAIAのデータ処理パイプラインの実データトレーニングセットとして機能した。