[論文レビュー] Star counts in the Galaxy. Simulating from very deep to very shallow photometric surveys with the TRILEGAL code

L. Girardi, M. A. T. Groenewegen+2 more|ArXiv.org|Apr 2, 2005

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 54被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、完全な進化軌道とスペクトルライブラリを用いて、銀河の広範囲にわたる星の光度測定をシミュレートできる柔軟な人口合成コード、TRILEGALを提示する。単一のキャリブレーションで、非常に深い（CDFS、R=16–23）から浅い（Hipparcos、V<8）までの調査から得られる星の数を成功裏に再現しているが、銀河中心部および銀河平面付近を除く。

ABSTRACT

We describe TRILEGAL, a new populations synthesis code for simulating the stellar photometry of any Galaxy field. The code attempts to improve upon several technical aspects of star count models, by: dealing with very complete input libraries of evolutionary tracks; using a stellar spectral library to simulate the photometry in any broad-band system; being very versatile allowing easy changes in the input libraries and in the description of all of its ingredients -- like the SFR, AMR, IMF, and geometry of Galaxy components. In a previous paper (Groenewegen et al. 2002), the code was first applied to describe the very deep star counts of the CDFS stellar catalogue. Here, we briefly describe its initial calibration using EIS-deep and DMS star counts, which are adequate samples to probe both the halo and the disc components of largest scale heights (oldest ages). We then present the changes in the calibration that were necessary to cope with some improvements in the model input data, and the use of more extensive photometry datasets: the relatively shallower 2MASS catalogue, which probes mostly the disc at intermediate ages, and the immediate solar neighbourhood as sampled by Hipparcos, which contains a somewhat larger fraction of younger stars than deeper surveys. Remarkably, the same model calibration can reproduce well the star counts in all the above-mentioned data sets, that span from the very deep magnitudes of CDFS (16

研究の動機と目的

• 広範な銀河領域および光度測定系にわたる星の光度測定をシミュレートできる自己一貫的かつ柔軟な人口合成コードの開発。
• 従来の星の数のモデルが採用するスケール高さや光度関数に関する任意の仮定を、物理的に妥当な連続的進化軌道に置き換えることによる改善。
• EIS-deep、DMS、2MASS、Hipparcosなどの複数深度・複数領域のデータを用いてモデルをキャリブレーションし、異なる星の集団および調査深度間の整合性を確保すること。
• 将来の広視野光学／赤外調査に備えて、TRILEGALを活用可能とするために、進化する星のモデルおよび光度測定系と互換性を持つようにすること。

提案手法

• TRILEGALは、星の進化軌道、大気モデル、自己一貫的スペクトルライブラリを統合するモジュラーなフレームワークを用い、任意のバンド幅系における光度測定を計算する。
• 星の統計学の基本方程式（式1）を適用し、明るさ、銀河座標、距離の関数として星の数を計算する。星の密度分布（ディスク、ホール、バルジ）と減光を組み込む。
• ユーザーが星形成率（SFR）、年齢-金属量関係（AMR）、初期質量関数（IMF）、銀河成分の幾何的形状を自由に変更できる柔軟な入力システムを採用する。
• 等時曲線上でコア質量、エンVELOープ質量、表面組成の連続性を保証することで物理的整合性を確保し、任意の調整を避ける。
• EIS-deep、DMS、2MASS、Hipparcosからの高品質で多波長のデータを用いてモデルをキャリブレーションし、観測された星の数を再現するための反復的最適化を実施する。
• 統一されたスペクトルライブラリと減光係数の計算を用いて、UBVRI、JHK、SDSS、2MASS、HST機器など、ほぼあらゆる光度測定系をサポートする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単一の物理的に整合性のある人口合成モデルが、非常に深い（CDFS、R=16–23）から浅い（Hipparcos、V<8）までの著しく異なる調査深度にわたる星の数を再現できるか。
• RQ2 進化軌道とスペクトル合成に基づくモデルが、星の数のモデル化において、スケール高さや光度関数に関する任意の仮定をどれほど代替できるか。
• RQ3 TRILEGALが、若年星の割合がより高いHipparcosカタログの絶対等級対色図をどれほど正確に再現できるか。
• RQ4 なぜ顕著なずれが銀河中心部および銀河平面付近にのみ発生するのか、また1つの南銀極データセットでのみ発生するのか。
• RQ5 異なる光度測定系および調査深度にわたって、同じキャリブレーションを再調整なしに適用できるか。

主な発見

• TRILEGALは、R=16からV=8までのダイナミックレンジにわたる星の数を成功裏に再現しており、銀河中心部および銀河平面付近を除き、50％を超えるずれは発生しない。
• モデルのキャリブレーションは、若年星の割合がより高いHipparcosカタログの絶対等級対色図を正確に再現している。
• 同じモデルキャリブレーションが、2MASS、SDSS、EIS、HST機器など複数の光度測定系にわたって有効であることが示され、広範な適用可能性を示している。
• モデルは、すべての進化した星（例：巨星）に大きなスケール高さを割り当てるという仮定が物理的に誤りであることを特定しており、多くの巨星が20億年未塔の若年星であることが判明し、過去の仮定と矛盾する。
• 顕著なずれは、バルジやディスクの汚染が強い領域（銀河中心／平面）および1つの異常な南銀極データセットでのみ発生しており、高密度領域におけるモデルの限界を示している。
• コードの柔軟性により、改良された星の進化軌道（例：Marigo et al. 2003）や新しい光度測定系への迅速な統合が可能であり、将来の広視野調査に長期間有用であることが保証される。