[論文レビュー] The local star formation history of the thin disc derived from kinematic data

A. Just, H. Jahreiß|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、ヒッパルコスおよび近傍星の運動学的データを用い、動的平衡状態における垂直構造をモデル化することで、銀河の薄い円盤の局所的星形成歴（SFH）を導出する。星形成歴は100億年前にピークを迎え、現在に至るまで低下しており、速度分散-年齢関係のべき乗則指数は0.375であり、1 M⊙でくびれのない初期質量関数（IMF）が得られ、観測された主系列星の数密度と運動学と整合的である。

ABSTRACT

We present an evolutionary disc model for the thin disc in the solar cylinder based on a continuous star formation history and a continuous dynamical heating of the stellar subpopulations. The vertical distribution of the stellar subpopulations are calculated self-consistently in dynamical equilibrium. The SFR and AVR of the stellar subpopulations are determined by fitting the velocity distribution functions of main sequence stars. The SFR shows a maximum 10 Gyr ago declining by a factor of 10 until present time. A constant SFR can be ruled out. The velocity dispersion of the stellar subpopulations increase with age according to a power law with index 0.375. The new scale heights lead to a best fit IMF with power-law indices of 1.5 below and 4.0 above 1.6 Msun, which has no kink around 1 Msun. Including a thick disc component results in slight variations of the thin disc properties, but has a negligible influence on the SFR. A variety of predictions are made concerning the number density, age and metallicity distributions of stellar subpopulations as a function of z above the galactic plane.

研究の動機と目的

• 主系列星の運動学的データを用いて、薄い円盤の局所的星形成歴（SFH）を特定すること。
• 星形成、動的加熱、化学進化を組み込んだ、動的平衡状態における円盤の垂直構造を自己無矛盾にモデル化すること。
• 観測された星の数密度から、星の寿命とスケール高さの変化を補正して、真の初期質量関数（IMF）を導出すること。
• 予測された表面密度、質量比、速度分布関数と観測結果との整合性を検証すること。
• 厚い円盤成分を含めることによる、導出されたSFHおよびIMFへの影響を評価すること。

提案手法

• 星、ガス、およびダークマターの成分を含む自己無矛盾な円盤モデルを構築し、年齢と速度分散で定義される星のサブポピュレーションの系列を設定する。
• ヒッパルコスと近傍星カタログ（CNS4）の運動学的データを用い、B〜K型の主系列星の体積完全サンプルを選別する。
• これらのサブポピュレーションの観測された垂直速度分布関数 f(|W|) をフィットして、星形成率（SFR）と年齢-速度分散関係（AVR）を推定する。
• 星の寿命とスケール高さの変化を補正して、観測された現在の質量関数（PDMF）を真のIMFに変換する。
• ガス降着を含む化学進化モデルを用いて、G型星の[Fe/H]分布を再現する。
• 予測されたと観測された速度分布関数の残差を最小化するように、SFRとAVRを最適化し、テンプレート関数のグリッドを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽系近傍の薄い円盤における時間依存的星形成歴は、運動学的データと整合する形でどのように変化するか？
• RQ2 星のサブポピュレーションの速度分散は年齢とともにどのように変化するか？また、年齢-速度分散関係（AVR）を最もよく記述する関数形は何か？
• RQ3 星の寿命とスケール高さの効果を補正した、真の初期質量関数（IMF）は何か？
• RQ4 他の手法（等温線フィッティングや集団研究など）から得られるSFHおよびIMFと比較して、導出されたSFHおよびIMFはどのように一致するか？
• RQ5 厚い円盤成分を含めることで、薄い円盤の性質にどのような影響が生じるか？

主な発見

• 星形成率（SFR）は100億年前にピークを迎え、現在に至るまで10倍低下しており、e-減衰時間は50億年である。
• 年齢-速度分散関係（AVR）はべき乗則に従い、指数は0.375であり、時間経過に伴う連続的な動的加熱を示している。
• 最良のフィットを得た初期質量関数（IMF）は、1.61 M⊙未満で指数1.5、1.61 M⊙以上で指数3.95であり、1 M⊙近辺にくびれがない。
• 導出されたIMFは観測された現在の質量関数（PDMF）と整合しており、太陽系近傍のA型星の数密度とも一致する。
• 厚い円盤成分を含めても、薄い円盤のパラメータにわずかな調整しか及たず、SFRに顕著な影響はなかった。
• モデルは、銀河平面からの高さに応じた主系列星の観測された局所的運動学、表面密度、金属量分布をうまく再現している。