[論文レビュー] The GIRAFFE Inner Bulge Survey (GIBS) III. Metallicity distributions and kinematics of 26 Galactic bulge fields

M. Zoccali, S. Vásquez+10 more|arXiv (Cornell University)|Oct 28, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 56被引用数 66

ひとこと要約

本研究では、26個の銀河バルジ領域にわたる約5,000個の赤クラウド巨星の金属量および運動学的測定値を提示しており、2つの明確な星族が特定された。金属量が低い成分は中心に集中し、球状に近い分布を示し、金属量が高い成分はボックス型の棒状の分布を示す。金属量が高い星族は、バルジ内部に向かって速度分散が急激に増加しており、以前の調査で観測された中心部のσピークを説明している。

ABSTRACT

Several recent studies have demonstrated that the Galactic bulge hosts two components with different mean metallicities, and possibly different spatial distribution and kinematics. As a consequence, both the metallicity distribution and the radial velocity of bulge stars vary across different line of sights. We present here the metallicity distribution function of red clump stars in 26 fields spread across a wide area of the bulge, with special emphasis on fields close to Galactic plane, at latitudes b=-2 and b=-1, that were not explored before. This paper includes new metallicities from a sample of about 5000 K giant stars, observed at spectral resolution R=6500, in the Calcium II Triplet region. They are the main dataset of the GIRAFFE Inner Bulge Survey. As part of the same survey we have previously published results for a sample of about 600 K giant stars, at latitude b=-4 , derived from higher resolution spectra (R=22,500). Results. The combined sample allows us to trace and characterize the metal poor and metal rich bulge populations down to the inner bulge. We present a density map for each of the two components. Contrary to the expectations from previous works, we found the metal poor population to be more centrally concentrated than the metal rich one, and with a more axisymmetric spatial distribution. The metal rich population, on the other hand, is arranged in a boxy distribution, consistent with an edge-on bar. By coupling metallicities and radial velocities we show that the metal poor population has a velocity dispersion that varies rather mildly with latitude. On the contrary, the metal rich population has a low velocity dispersion far from the plane (b=-8.5), but it has a steeper gradient with latitude, becoming higher than the metal poor one in the innermost field (b=-1). [abridged]

研究の動機と目的

• 銀河バルジの広範囲にわたる赤クラウド巨星の金属量分布および運動学的性質を特徴づけること。特に、b = -1°およびb = -2°の銀河平面付近でこれまで未調査であった領域を含む。
• バルジ内の2つの明確な金属量成分（金属量が低い星と金属量が高い星）の空間的分布および力学的性質を調査すること。
• 以前の研究が示唆したように、バルジ内部で観測された速度分散ピークが金属量が高い星族に起因しているかどうかを検証すること。
• 対称性の仮定の下で、相対的割合とVVV調査の星の密度マップを用いて、両成分の密度分布をマッピングすること。
• 金属量が低い星族が、以前のRR Lyrae星の観測から示唆されたように、金属量が高い星族よりも遅く回転しているかどうかを特定すること。

提案手法

• ESOのラ・シルヤおよびパラナル望遠鏡を用いて、銀河バルジの26の領域にわたる約5,000個のK型巨星に対して、Ca II三重線領域における高分解能（R ~ 6500）分光観測を実施した。
• b ~ -4°における約600個のK型巨星の、以前の高分解能（R = 22,500）データと併合し、バルジ内部の最も中心に近い領域のカバー範囲を拡大した。
• Ca II三重線領域におけるスペクトル合成とラインプロファイルフィッティングを用いて、金属量（[Fe/H]）を導出した。
• 異なる銀河緯度における両金属量成分の径方向速度および速度分散を測定した。
• 銀河平面および小軸に関して4重対称性を仮定し、金属量が低い星と金属量が高い星の相対的割合とValentiら（2016）の星の密度マップを組み合わせることで、各成分の投影密度マップを構築した。
• 緯度に沿った運動学的勾配を分析し、速度分散の変化および回転傾向を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 金属量分布およびバルジ星の運動学的性質は、特に銀河平面付近で、異なる天の方向に著しく変化するか？
• RQ2 金属量が低い星族は金属量が高い星族よりも中心に集中しており、球状または軸対称的な空間的分布を示すか？
• RQ3 金属量が高い星族の速度分散はバルジ内部に向かって増加するか？また、その増加が以前の調査で観測された中心部のσピークを説明できるか？
• RQ4 金属量が低い星族と金属量が高い星族は異なる回転速度を示すか？金属量が低い星族はより遅く回転しているか？
• RQ5 観測された二峰性金属量分布は、異なる形成歴史および空間的構造を持つ2つの独立した星族に起因するものと説明できるか？

主な発見

• 金属量が低い星族は金属量が高い星族よりも中心に集中しており、より急激な半径密度勾配を示し、より軸対称的かつ球状に近い投影分布を示している。
• 金属量が高い星族は、対称性の仮定に基づく密度マップで特に顕著に、ボックス型のX字型の分布を示しており、縦に傾いた棒構造と整合的である。
• b = -1°では、金属量が低い星族が全星の53％を占め、外縁領域と比較してバルジ内部に向かって相対的割合が著しく増加していることを示している。
• 金属量が低い星族の速度分散は、緯度が低下するにつれてわずかに増加し、b = -8.5°で約80 km/sからb = -1°で約125 km/sに上昇する。
• 金属量が高い星族の速度分散は、緯度が低下するにつれて急激に増加し、b = -8.5°で約60 km/sからb = -1°で約145 km/sに上昇する。これは、バルジ内部で観測された中心部のσピークを説明している。
• 金属量が低い星族は金属量が高い星族よりもわずかに遅く回転しているが、このデータセットではその差は統計的に強くは示されていない。