[論文レビュー] The GIRAFFE Inner Bulge Survey (GIBS). I. Survey Description and a kinematical map of the Milky Way bulge

M. Zoccali, O. A. González+11 more|arXiv (Cornell University)|Jan 20, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 106被引用数 68

ひとこと要約

本論文は、VLT/FLAMESを用いて銀河のへそ領域における6,392個の赤クラウド巨星を対象とした高分解能分光調査、GIRAFFEへそ領域調査（GIBS）を提示する。24の領域において径方向速度と金属量を導出し、シリンダーローテーションに一致する運動学的マップを明らかにした。また、(l, b) = (0, -1)および(0, -2)に速度分散のピークが確認され、銀河中心から約250 pc圏内に高密度な中心構造が存在する可能性を示唆している。

ABSTRACT

The Galactic bulge is a massive, old component of the Milky Way. It is known to host a bar, and it has recently been demonstrated to have a pronounced boxy/peanut structure in its outer region. Several independent studies suggest the presence of more than one stellar populations in the bulge, with different origins and a relative fraction changing across the bulge area. This is the first of a series of papers presenting the results of the Giraffe Inner Bulge Survey, carried out at the ESO-VLT with the multifibre spectrograph FLAMES. Spectra of ~5000 red clump giants in 24 bulge fields have been obtained at resolution R=6500, in the infrared Calcium triplet wavelength region at 8500 Å. They are used to derive radial velocities and metallicities, based on new calibration specifically devised for this project. Radial velocities for another ~1200 bulge red clump giants, obtained from similar archive data, have been added to the sample. Higher resolution spectra have been obtained for 450 additional stars at latitude b=-3.5, with the aim of investigating chemical abundance patterns variations with longitude, across the inner bulge. In total we present here radial velocities for 6392 RC stars. We derive a radial velocity, and velocity dispersion map of the Milky Way bulge, useful to be compared with similar maps of external bulges, and to infer the expected velocities and dispersion at any line of sight. The K-type giants kinematics is consistent with the cylindrical rotation pattern of M-giants from the BRAVA survey. Our sample enables to extend this result to latitude b=-2, closer to the Galactic plane than probed by previous surveys. Finally, we find strong evidence for a velocity dispersion peak at (0,-1) and (0,-2), possibly indicative of a high density peak in the central 250 pc of the bulge

研究の動機と目的

• 赤クラウド巨星の径方向速度と金属量を用いて、銀河のへそ領域の運動学をマッピングすること。
• とりわけバー構造やX字型（ボックス/ピーナッツ）構造の存在を含めた、へそ領域の力学的構造を調査すること。
• 従来の調査よりも低い座標（b = -2）まで運動学的制約を拡大し、銀河平面に近づけること。
• 内側のへそ領域における星族の性質と速度分散の変化を分析することで、へそ領域の形成歴史を評価すること。
• 将来的な外部銀河や動力学的モデルとの比較を可能にする、高精度の径方向速度および金属量カタログを提供すること。

提案手法

• ESOのVLTにおけるFLAMES/GIRAFFEを用いて、約6,400個の赤クラウド巨星の分光観測を実施した。
• 分光分解能R ≈ 6,500の赤外線Ca II三重線領域（約8,500 Å）で観測を行い、径方向速度と金属量の測定に最適化した。
• 本プロジェクトに特化した新しい校正法を開発し、観測スペクトルから正確な金属量を導出するための基盤を整えた。
• Ca II三重線の交差相関法を用いて径方向速度を測定し、慎重な誤差推定を実施した。
• 内側のへそ領域における化学成分勾配を調査するため、b = -3.5°における約450個の星について高分解能スペクトルを取得した。
• 最終的なサンプルには、メイン調査およびアーカイブデータからの6,392件の径方向速度測定値が含まれており、包括的な運動学的マップの構築が可能となった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河のへそ領域はシリンダーローテーションを示しており、その運動学的性質はb = -2°まで延びるのか？
• RQ2 内側のへそ領域における速度分散の空間的分布はどのようなものか？特に、高密度な中心構造を示唆する局所的ピークは存在するか？
• RQ3 BRAVA調査で得られたM型巨星と比較して、K型赤クラウド巨星の運動学的性質はどのように異なるか？
• RQ4 運動学的および金属量の変動に基づいて、へそ領域に複数の星族や構造的成分が存在する証拠はあるか？
• RQ5 観測された運動学的性質は、恒星形成の自発的進化、ディスク不安定性、または小規模な合体を含む形成シナリオと整合するか？

主な発見

• 銀河のへそ領域の径方向速度マップは、シリンダーローテーションに一致する運動学的パターンを示しており、銀河平面に近いb = -2°まで延びている。
• (l, b) = (0, -1)および(0, -2)に顕著な速度分散のピークが検出され、中心部約250 pc圏内に高密度な集中構造が存在する可能性を示唆している。
• K型赤クラウド巨星の運動学的挙動は、BRAVA調査で以前に観測されたM型巨星のシリンダーローテーションパターンと一致しており、異なる星種間での一貫性が確認された。
• 本調査は、6,392個の赤クラウド星の径方向速度と金属量の均一なカタログを提供しており、将来的な外部銀河や動力学的モデルとの比較に役立つ。
• データは、バー構造やX字型（ボックス/ピーナッツ）形状を示す複雑なへそ領域構造を支持しており、古典的合体モデルや純粋な自発的進化モデルだけでは十分に説明できない可能性を示唆している。
• 結果は、ガスを多く含み高赤方偏移の前身銀河におけるディスク不安定性が、急速なへそ領域形成とその後のバー構造およびX字型構造の発展を引き起こす形成シナリオと整合的である。