[論文レビュー] The Geneva-Copenhagen Survey of the Solar neighbourhood II. New uvby calibrations and rediscussion of stellar ages, the G dwarf problem, age-metallicity diagram, and heating mechanisms of the disk

Johan Holmberg, B. Nordström+1 more|ArXiv.org|Jul 13, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 47被引用数 245

ひとこと要約

本稿は、F型およびG型星における有効温度、金属量、距離、年齢のための改良されたuvbyβ光度的校正を用いて、太陽系近傍のジェネヴァ＝チューリッヒ調査を再評価する。等年齢線による年齢は今や信頼性が保証されており、固有の散乱が大きく（σ_intrinsic = 0.20 dex）、平坦な年齢-金属量関係が確認された。また、薄層銀河の加熱はその生涯を通じて持続しており、層間分離の運動学的基準には、若年層の混入を避けるために最も古い薄層銀河星を用いる必要があることが示された。

ABSTRACT

Ages, metallicities, space velocities, and Galactic orbits of stars in the Solar neighbourhood are fundamental observational constraints on models of galactic disk evolution. We aim to consolidate the calibrations of uvby photometry into Te, [Fe/H], distance, and age for F and G stars and rediscuss the results of the Geneva-Copenhagen Survey (Nordstrom et al. 2004; GCS) in terms of the evolution of the disk. We substantially improve the Te and [Fe/H] calibrations for early F stars, where spectroscopic temperatures have large systematic errors. Our recomputed ages are in excellent agreement with the independent determinations by Takeda et al. (2007), indicating that isochrone ages can now be reliably determined. The revised G-dwarf metallicity distribution remains incompatible with closed-box models, and the age-metallicity relation for the thin disk remains almost flat, with large and real scatter at all ages (sigma intrinsic = 0.20 dex). Dynamical heating of the thin disk continues throughout its life; specific in-plane dynamical effects dominate the evolution of the U and V velocities, while the W velocities remain random at all ages. When assigning thick and thin-disk membership for stars from kinematic criteria, parameters for the oldest stars should be used to characterise the thin disk.

研究の動機と目的

• FおよびG型星における有効温度、金属量、距離、年齢のためのuvbyβ光度的校正の正確性を向上させること。
• 更新されたデータとシミュレーションを用いて、星の年齢、G型星の問題、年齢-金属量関係を再評価すること。
• 特に運動学的および化学的性質に関して、明るさ限界のGCSサンプルにおける系統的誤差および選択バイアスを評価すること。
• Takedaら（2007）による独立した分光的年齢推定と比較することで、等年齢線に基づく年齢決定の信頼性を検証すること。
• 動力学的加熱が銀河の円盤の運動学的性質に果たす役割を明らかにし、特にU、V、W速度成分における時間的変化を解明すること。

提案手法

• 高分解能分光法、ヒッパルコス視差、V-K光度測定、および視直径を用いて、uvbyβ光度的校正を精緻化した。
• 既知の固有性質を持つ合成星のカタログを用いた広範な数値的シミュレーションを実施し、年齢および運動学的推定の頑健性を検証した。
• 理論的等年齢線を用いたベイズ的手法により星の年齢を再計算し、Takedaら（2007）による独立した年齢推定と比較した。
• ハイアデス星団を標準校正として再評価し、光度測定のずれおよび標準でないヘリウム含有量のため、これを場所星の校正に用いることは不適切であると判明した。
• 明るさ限界サンプルおよび青色カットオフによる選択効果を分析し、観測された年齢-金属量関係および年齢-速度関係に与える影響をシミュレーションした。
• 薄層および厚層銀河の分離に用いる運動学的基準を評価し、若年層の混入を避けるために、最も古い薄層銀河星を用いる必要があることを強調した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 改良されたuvbyβ光度的校正は、FおよびG型星における有効温度、金属量、距離、年齢の決定にどのように影響を与えるか？
• RQ2 薄層銀河における改訂された年齢-金属量関係は、封閉ボックスモデルの予測からどの程度逸脱しており、固有の散乱はどの程度か？
• RQ3 等年齢線に基づく年齢は信頼性を持って決定可能か？また、独立した分光的年齢推定と比較してどうなるか？
• RQ4 動力学的加熱は薄層銀河の運動学的性質にどのように寄与しており、時間経過とともにどのように変化するか？
• RQ5 明るさ限界のGCSサンプルにおける選択効果は、観測された年齢-速度関係および年齢-金属量関係にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 初期のF型星における有効温度および金属量の校正が改訂され、特に分光的温度が以前は信頼できなかった領域での系統的誤差が顕著に低減された。
• 任意の年齢における金属量の固有の散乱は大きく、現実のものであり、σ_intrinsic = 0.20 dexである。これは、化学的増幅歴に顕著な局所的変動があることを示している。
• 薄層銀河の年齢-金属量関係は本質的に平坦であり、平均金属量に時間経過による顕著な上昇は認められず、封閉ボックスモデルの予測とは矛盾する。
• 等年齢線による年齢は今や頑健に決定可能であり、Takedaら（2007）による独立した推定と約10%以内の一致を示しており、この手法の妥当性が裏付けられた。
• 薄層銀河の動力学的加熱は、その生涯を通じて持続しており、平面内速度成分（UおよびV）は時間依存の進化を示すが、W速度はすべての年齢でランダムのままである。
• 薄層および厚層銀河の分離に用いる運動学的基準は、若年層の混入を避けるために、最も古い薄層銀河星に基づくべきであり、ヘリオウス・ストリームのような運動学的構造の影響を避けるためである。