[論文レビュー] The distribution of nearby stars in phase space mapped by Hipparcos III. Clustering and streaming among A-F type stars

E. Chereul, M. Crézé+1 more|ArXiv.org|Sep 21, 1998

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 73

ひとこと要約

本研究では、太陽から125 pc圏内の2,977顆のA-F型矮星に対して、ハイパルコスデータを用いた3次元ウェーブレット解析を実施し、位相空間内の不均一性（クラスタリングおよびストリーミング構造）をマッピングした。既知の放出品族や連星集団を特定し、ボートス、ペガスス1、2の3つの新しい緩い集団を発見した。また、背景の速度楕円体を補正した後、63%の星が大規模な速度構造（主にエーゲンのスーパークラスタ）に属していることが判明した。

ABSTRACT

This paper presents the detailed results obtained in the search of density- velocity inhomogeneities in a volume limited and absolute magnitude limited sample of A-F type dwarfs within 125 parsecs of the Sun. A 3-D wavelet analysis is used to extract inhomogeneities, both in the density and velocity distributions. Having established a real picture of the phase space without assumption we come back to previously known observational facts regarding clusters and associations, superclusters. In the 3-D position space, well known open clusters (Hyades, Coma Berenices and Ursa Major), associations (parts of the Scorpio-Centaurus association) as well as the Hyades evaporation track are retrieved. Three new probably loose clusters are identified (Bootes, Pegasus 1 and 2). The sample is relatively well mixed in the position space since less than 7 per cent of the stars belong to structures with coherent kinematics, most likely gravitationally bound. In the velocity space, the majority of large scale velocity structures ($σ$ ~ 6.3 $km s-1$) are Eggen's superclusters (Pleiades SCl, Hyades SCl and Sirius SCl) with the whole Centaurus association. A new supercluster-like structure is found with a mean velocity between the Sun and Sirius SCl velocities. These structures are all characterized by a large age range which reflects the overall sample age distribution. Moreover, a few old streams of ~ 2 Gyr are also extracted at this scale with high U components. We show that all these large velocity dispersion structures represent 46% of the sample. Smaller scales (σ~ 3.8 and 2.4 $km s-1$) reveal that superclusters are always substructured by 2 or more streams which generally exhibit a coherent age distribution. Percentages of stars in these streams are 38% and 18% respectively.

研究の動機と目的

• 高精度なハイパルコス天体測定を用いて、太陽近傍の位相空間における不均一性（クラスタリングおよびストリーミング）をマッピングすること。
• 放出品族や連星集団などの重力的に束縛された構造を特定し、以前に未知であった緩い連星集団を検出すること。
• 星のうち、運動学的構造に属する割合を定量化し、年齢推定と速度分散解析を通じてその動的進化を評価すること。
• 事前の仮定なしに3次元速度場を再構築し、ウェーブレットに基づく統計的手法を用いて、実際の構造とノイズを分離すること。
• 推定された星の年齢を用いて、運動学的構造を形成した際の銀河間物質の状態と関連付けること。

提案手法

• 位相空間における空間密度および速度分布の両方の滑らかな均一性からの逸脱を検出するため、3次元ウェーブレット解析の適用。
• スケールに依存するしきい値処理を用いた「à trous」アルゴリズムによるウェーブレット分解を用いて、顕著な不均一性を同定。
• 直接測定のない星の径方向速度を推定するため、統計的収束点法の実装。
• 絶対等級、色指数（B-V）と星の年齢との間の経験的関係を用いた、パラメトリックな年齢推定法の開発。
• 運動学的および年齢基準を用いて、検出された構造を既知の放出品族、連星集団、スーパークラスタと照合。
• 観測された径方向速度データと速度楕円体モデル化を用いて、検出されたストリーム内の誤検出メンバーおよび場の星を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 125 pc圏内の近傍のA-F型主系列星の位相空間に、どのような運動学的構造（クラスターとストリーム）が存在するか？
• RQ2 これらの星の空間的および速度的分布は、集団の蒸発やストリームの混合をどのように示しているか？
• RQ3 大規模な速度構造（スーパークラスタ）は、既知の放出品族や連星集団とどの程度相関しており、その年齢分布はいかなるものか？
• RQ4 星のサンプルのうち、どの程度が一貫した運動学的構造に属しているか？また、背景の速度楕円体を除いた後、この割合はどのように変化するか？
• RQ5 ウェーブレット解析は、不完全な径方向速度データを用いて、太陽近傍で以前に未知であった緩い集団や連星集団を検出できるか？

主な発見

• ボートス、ペガスス1、ペガスス2の3つの新しい緩い集団が、光学的サーベイでは以前に検出されていなかった位相空間で同定された。
• 星の7%しか、密度が高く一貫して動くクラスターに属しておらず、位置空間における強い混合が、顕著な運動学的部分構造にもかかわらず顕在していることを示している。
• サンプルの63%が大規模な速度構造（σ̄_stream ≈ 6.3 km·s⁻¹）に属しており、主にエーゲンのスーパークラスタ（プレアデス、ハイアデス、シリウス）およびセントaurus連星集団に由来する。
• 背景の速度楕円体を除いた後、一貫した構造に属する星の割合は46%に低下し、大規模な速度場の有意性が確認された。
• より小さなスケール（σ̄_stream ≈ 3.8および2.4 km·s⁻¹）では、それぞれ38%および18%の星がストリームに属しており、場の星の汚染は無視できるほど小さい。
• スーパークラスタは、2つ以上のストリームに部分構造化されており、一貫した年齢分布を示しており、年齢がより古いストリームではクラスター間の年齢分離が低下している。