[論文レビュー] The GALAH survey: Milky Way disc metallicity and alpha-abundance trends in combined APOGEE-GALAH catalogues

Govind Nandakumar, Michael Hayden+22 more|arXiv (Cornell University)|Nov 5, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 6被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、データ駆動型のCannon法を用いてAPOGEEとGALAH調査のデータを統合し、それぞれ約50万顆星の高精度カタログを2つ作成した。これにより、銀河のディスクにおける金属量および[$\alpha$/Fe]の傾向を安定して分析できるようになった。調査間で一貫した[$\alpha$/Fe]対[Fe/H]の傾向と、半径方向・垂直方向の金属量勾配が確認され、APOGEEサンプルは太陽付近でわずかに高い平均金属量を示し、統計的パワーが向上している。

ABSTRACT

GALAH and APOGEE are two high resolution multi object spectroscopic surveys that provide fundamental stellar parameters and multiple elemental abundance estimates for $>$ 400,000 stars in the Milky Way. They are complimentary in both sky coverage and wavelength regime. Thus combining the two surveys will provide us a large sample to investigate the disc metallicity and alpha abundance trends. We use the Cannon data-driven approach selecting training sets from among $\sim$20,000 stars in common for the two surveys to predict the GALAH scaled stellar parameters from APOGEE spectra as well as APOGEE scaled stellar parameters from GALAH spectra. We provide two combined catalogues with GALAH scaled and APOGEE scaled stellar parameters each having $\sim$500,000 stars after quality cuts. With $\sim$470,000 stars that are common in both these catalogues, we compare the GALAH scaled and APOGEE scaled metallicity distribution functions (MDF), radial and vertical metallicity gradients as well as the variation of [$\alpha$/Fe] vs [Fe/H] trends along and away from the Galactic mid plane. We find mean metallicities of APOGEE scaled sample to be higher compared to that for the GALAH scaled sample. We find similar [$\alpha$/Fe] vs [Fe/H] trends using both samples consistent with previous observational as well as simulation based studies. Radial and vertical metallicity gradients derived using the two survey scaled samples are consistent except in the inner and outer Galactocentric radius bins. Our gradient estimates in the solar neighborhood are also consistent with previous studies and are backed by larger sample size compared to previous works.

研究の動機と目的

• APOGEEとGALAH調査の補完的である天の川のスカイカバレッジと波長領域を活用し、統合された高精度な恒星カタログを作成すること。
• 過去の研究よりも大きな一貫性のあるサンプルを用いて、天の川ディスク全体における金属量および[$\alpha$/Fe]の傾向を安定して調査すること。
• Cannon法によるクロスキャリブレーションを用いて、APOGEEとGALAHの間の恒星パラメータおよび元素分画の推定値の整合性を評価すること。
• 過去の研究と比較して統計的有意性が向上した、半径方向および垂直方向の金属量勾配、および[$\alpha$/Fe]対[Fe/H]の傾向を導出すること。
• 重複する恒星集団におけるAPOGEEスケールとGALAHスケールのパラメータを比較することで、統合された調査結果の信頼性を検証すること。

提案手法

• APOGEEとGALAHの共通する約20,000顆星をトレーニングデータとして用い、データ駆動型Cannon法を適用し、APOGEEスペクトルからGALAHスケールの恒星パラメータを予測し、逆にGALAHスペクトルからAPOGEEスケールのパラメータを予測する。
• トレーニングされたモデルを用いて、2つの統合カタログを生成する：1つはAPOGEEスペクトルからGALAHスケールのパラメータを、もう1つはGALAHスペクトルからAPOGEEスケールのパラメータを生成する。
• 品質基準を適用して、各カタログに約50万顆星を保持し、そのうち約47万顆星を両者に共通するものとして直接比較可能にする。
• 2つの調査スケールのサンプル間で、金属量分布関数（MDF）、半径方向および垂直方向の金属量勾配、[$\alpha$/Fe]対[Fe/H]の傾向について統計的比較を実施する。
• 一貫性のある分析パイプラインを用いることで、結果の差異が方法論的バイアスではなく、本質的な調査差異によるものであることを保証する。
• より大きな統合サンプルサイズを活かして、太陽付近の勾配推定値を過去の研究と比較し、妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 APOGEEスケールとGALAHスケールのパラメータから導かれる金属量分布関数（MDF）は、天の川ディスク全体でどのように比較されるか？
• RQ2 特に内側および外側のガラクティカントリック半径領域で、APOGEEスケールとGALAHスケールのサンプル間で、半径方向および垂直方向の金属量勾配はどの程度一貫しているか？
• RQ3 2つの調査スケールのカタログから得られる[$\alpha$/Fe]対[Fe/H]の傾向は、どのように比較され、過去の観測的およびシミュレーションベースの知見と一貫しているか？
• RQ4 サンプルサイズの影響が、太陽付近における金属量勾配推定の精度に及ぼす影響は何か？統合カタログは過去の結果をどのように改善しているか？
• RQ5 APOGEEスケールとGALAHスケールのサンプル間に、平均金属量に系統的な差異があるか？その理由は何か？

主な発見

• APOGEEスケールのサンプルは、GALAHスケールのサンプルよりも高い平均金属量を示しており、両調査間の恒星パラメータキャリブレーションに系統的なオフセットが存在することを示唆している。
• APOGEEスケールとGALAHスケールの両サンプルから得られる[$\alpha$/Fe]対[Fe/H]の傾向は、互いに一貫しており、過去の観測的およびシミュレーションベースの研究とも整合している。
• 両サンプルからの半径方向および垂直方向の金属量勾配は全体的に一貫しているが、内側および外側のガラクティカントリック半径領域では乖離が生じる。
• 太陽付近の勾配推定値は過去の研究と一致しているが、約47万顆星の共通サンプルによる大きなサンプルサイズのおかげで、精度が向上している。
• Cannon法を用いたクロスキャリブレーションにより、2つの調査間で恒星パラメータおよび元素分画傾向の信頼できる比較が可能となり、統合カタログの有効性が検証された。
• 統合カタログは、銀河化学進化の今後の研究に強固な基盤を提供し、勾配測定の不確実性が低減され、統計的パワーが向上している。