[論文レビュー] The K giant stars from the LAMOST survey data II: the Hercules stream in radial migration

Chao Liu, Xiaohong Chen+12 more|arXiv (Cornell University)|Oct 21, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、LAMOST DR2 の K 巨星を用いて、太陽近傍に明確な年齢–金属量のサブストラクチャチャ（「細いストライプ」）を特定し、それが内側の銀河円盤（R ~ 4 kpc）からの半径方向移動に起因することを示した。ヘルクレス流や他の運動学的サブストラクチャは、この移動した星々の運動学的インプリントであるとされ、半径方向移動速度は約 1.1 ± 0.1 kpc Gyr⁻¹ であり、太陽近傍の星の約 1/3 が内側円盤から半径方向に移動したが、顕著な円盤の厚化を引き起こさなかった。

ABSTRACT

We estimate the age for the individual stars located at the lower part of the red giant branch from the LAMOST DR2 K giant sample. Taking into account the selection effects and the volume completeness, the age--metallicity map for the stars located between 0.3 and 1.5 kpc from the Sun is obtained. A significant substructure (denoted as the \it{narrow stripe}) located from (age, [Fe/H])$\sim$(5, 0.4) to (10 Gyr, -0.4 dex) in the age--metallicity map is clearly identified. Moreover, the \it{narrow stripe} stars are found the dominate contributors to several velocity substructures, including the well-known Hercules stream. The substantially large difference between the observed guiding-center radii and the birth radii inferred from the age--metallicity relation is evident that the \it{narrow stripe} stars have been radially migrated from about R$\sim4$ kpc to the solar neighborhood. This implies that the Hercules stream may not be owe to the resonance associated with the bar, but may be the kinematic imprint of the inner disk and later moved out due to radial migration. We estimate that the traveling speed of the radial migration are roughly 1.1$\pm0.1$ kpc Gyr$^{-1}$, equivalent with about $1.1\pm0.1$ km s$^{-1}$. This is in agreement with the median $v_R$ of $2.6^{+1.8}_{-1.9}$ km s$^{-1}$ of the \it{narrow stripe}. We also obtain that about one third stars in the solar neighborhood are radially migrated from around 4 kpc. Finally, we find that the radial migration does not lead to additional disk thickening according to the distribution of $z_{max}$.

研究の動機と目的

• K 巨星の正確な年齢と金属量推定値を用いて、太陽近傍におけるヘリウス流のような運動学的サブストラクチャの起源を調査すること。
• 内側円盤からの半径方向移動が、観測された年齢–金属量関係および速度サブストラクチャを説明できるかどうかを特定すること。
• 縦方向の振幅（z_max）分布を用いて、半径方向移動が円盤構造、特に円盤の厚化に与える影響を評価すること。
• 半径方向移動速度と、太陽近傍に移動した星の割合を定量すること。

提案手法

• LAMOST DR2 サンプルに含まれる K 巨星の星の年齢は、観測パラメータ（Teff, log g, [Fe/H]）を理論的等年線と比較することで推定された。
• 選択効果と体積完全性の補正を施し、太陽から 0.3–1.5 kpc の範囲に位置する星の信頼性の高い年齢–金属量関係（AMR）を構築した。
• AMR における細いストライプのサブストラクチャを特定し、その運動学的性質（3次元速度、ガイド半径 Rg、離心率、z_max）を分析した。
• 内側円盤における半径方向金属量勾配を仮定することで、細いストライプ星の誕生半径をその年齢–金属量関係から推定した。
• 推定された誕生半径（R ~ 4 kpc）と観測されたガイド中心半径（Rg ~ 6 kpc）および星の年齢を比較することで、半径方向移動速度を推定した。
• z_max 分布の比較により、円盤の厚さへの影響を評価したが、細いストライプとメインサンプルとの間に顕著な差は認められなかった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヘリウス流や他の速度サブストラクチャの起源は何か？
• RQ2 観測された年齢–金属量サブストラクチャ（細いストライプ）は、内側円盤からの半径方向移動によって説明可能か？
• RQ3 細いストライプに属する星の半径方向移動速度は何か？また、運動学的測定値と比較するとどうなるか？
• RQ4 半径方向移動は、z_max 分布によって示されるように、追加の円盤の厚化を引き起こすか？
• RQ5 太陽近傍の星の何パーセントが、内側円盤から半径方向に移動したか？

主な発見

• 年齢–金属量平面における細いストライプサブストラクチャは、(5 Gyr, 0.4 dex) から (10 Gyr, -0.4 dex) にわたり、古く金属量が少ない星と、若く金属量の高い星の混合を示している。
• 細いストライプの星は、ヘリウス流や他の速度サブストラクチャの主な寄与者であり、これらが半径方向に移動した星の運動学的インプリントである可能性を示唆している。
• 観測されたガイド中心半径（Rg ~ 6 kpc）は、推定された誕生半径（~4 kpc）よりも顕著に大きく、約 2 kpc の半径方向移動を示している。
• 半径方向移動速度は 1.1 ± 0.1 kpc Gyr⁻¹（~1.1 ± 0.1 km s⁻¹）と推定され、細いストライプの平均径方向速度（2.6⁺¹.⁸₋₁.⁹ km s⁻¹）と整合的である。
• 太陽近傍の星の約 1/3 が、内側円盤（R ~ 4 kpc）から半径方向に移動したと判明した。
• 細いストライプとメインサンプルとの間で z_max 分布に顕著な差は認められず、半径方向移動が追加の円盤の厚化を引き起こさないことが示された。