[論文レビュー] The ACS Survey of Galactic Globular Clusters. XII. Photometric Binaries along the Main-Sequence

A. P. Milone, G. Piotto+16 more|arXiv (Cornell University)|Nov 2, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 93被引用数 209

ひとこと要約

本研究では、ギャラクティック銀河球状星団59個の主系列における光度的連星を、Globular Cluster Treasuryプロジェクトのハッブル宇宙望遠鏡/ACSデータを用いて分析した。連星頻度は場の連星と比べ顕著に低く、連星はより中心に集中しており、質量比分布はq > 0.5で平坦である。また、連星頻度と集団の絶対等級（質量）との間には顕著な逆相関が認められる。

ABSTRACT

The fraction of binary stars is an important ingredient to interpret globular cluster dynamical evolution and their stellar population. We investigate the properties of main-sequence binaries measured in a uniform photometric sample of 59 Galactic globular clusters that were observed by HST WFC/ACS as a part of the Globular Cluster Treasury project. We measured the fraction of binaries and the distribution of mass-ratio as a function of radial location within the cluster, from the central core to beyond the half-mass radius. We studied the radial distribution of binary stars, and the distribution of stellar mass ratios. We investigated monovariate relations between the fraction of binaries and the main parameters of their host clusters. We found that in nearly all the clusters, the total fraction of binaries is significantly smaller than the fraction of binaries in the field, with a few exceptions only. Binary stars are significantly more centrally concentrated than single MS stars in most of the clusters studied in this paper. The distribution of the mass ratio is generally flat (for mass-ratio parameter q>0.5). We found a significant anti-correlation between the binary fraction in a cluster and its absolute luminosity (mass). Some, less significant correlation with the collisional parameter, the central stellar density, and the central velocity dispersion are present. There is no statistically significant relation between the binary fraction and other cluster parameters. We confirm the correlation between the binary fraction and the fraction of blue stragglers in the cluster.

研究の動機と目的

• 高分解能光度測定を用いて、ギャラクティック銀河球状星団における主系列連星の径方向分布を測定すること。
• 連星の質量比分布を特定し、それが集団環境に依存するかどうかを評価すること。
• 連星頻度と、等級、中心密度、速度分散などの主要な集団パラメータとの相関関係を調査すること。
• 合成CMDを用いたマonteカルロシミュレーションにより、光度的連星検出手法の系統的バイアスに対する頑健性を検証すること。
• 連星頻度と星団内における青色再主系列星（BSS）の存在との関連を探索すること。

提案手法

• Globular Cluster Treasuryプロジェクトの59個のギャラクティック銀河球状星団について、高分解能ハッブル宇宙望遠鏡/アドバンスド・カメラ・フォー・サーベイズ（HST/ACS）光度測定を用いた。
• F606WおよびF814Wフィルタを用いた色-等級図（CMD）において、主系列のフィducialラインからずれた星を連星として特定した。
• 集団の中心から半質量半径を越える範囲まで、径方向のビンに分けて連星頻度を測定し、空間的集中度を評価した。
• 主系列の分岐点からの等級ずれに基づいて、連星集団を区間ごとに分け、質量比分布を構築した。
• 既知の連星頻度および質量比をもつ合成CMDを多数生成し、測定手法に系統的バイアスがないかを検証するための広範なマonteカルロシミュレーションを実施した。
• q > 0.5である全連星頻度に対して、等級ビンごとの連星頻度を正規化することで、複数の星団間での比較が可能となり、結果の頑健性の検証が可能になった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ギャラクティック銀河球状星団における主系列連星の径方向分布は何か。単一星と比較するとどうなるか。
• RQ2 これらの星団における連星の固有の質量比分布（q）は何か。q > 0.5で平坦な分布と一致するか。
• RQ3 連星頻度と、絶対等級、中心密度、または速度分散といった集団パラメータとの間に顕著な相関があるか。
• RQ4 測定された連星頻度は場の連星頻度と比べてどうか。これは星団の動的進化に何を示唆するか。
• RQ5 連星頻度と星団内における青色再主系列星の割合との間に測定可能な関係があるか。

主な発見

• ほぼすべての星団で、連星頻度が場の連星頻度よりも顕著に低く、僅か数例を除いて同様の傾向を示した。
• 連星は大多数の星団で単一主系列星よりも中心に集中しており、動的分離を示唆している。
• q > 0.5の範囲では、質量比分布は一般的に平坦であり、観測範囲内で一様な質量比分布と整合的である。
• 連星頻度と星団の絶対等級（質量）との間に顕著な逆相関が認められ、質量の大きな星団では連星頻度が低い傾向にある。
• 衝突パラメータ、中心星密度、中心速度分散についても弱いが有意でない相関が観測された。
• 金属量や年齢といった他の集団パラメータと連星頻度との間に、統計的に有意な相関は認められなかった。
• 本研究では、連星頻度と青色再主系列星の割合との間に顕著な相関があることを確認した。これは、連星相互作用がBSS形成に寄与している可能性を支持する。