[論文レビュー] The Milky Way has no in-situ halo other than the heated thick disc. Composition of the stellar halo and age-dating the last significant merger with Gaia DR2 and APOGEE

P. Di Matteo, M. Haywood+6 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Dec 19, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 101被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、ガイヤDR2の天球測定とAPOGEE DR14の元素分画を組み合わせることで、のちに加熱された厚い円盤に加えて、銀河の星間ハローに顕著な在地形成星の集団が存在しないことを示している。9–11 Gyr前に発生した古代の吸収イベントが、円盤星をハローに類似した運動状態に加熱し、それらを吸収された星と区別できなくなる。結論として、銀河の内側領域における支配的ハロー成分は、独立した在地形成ハローではなく、金属が多い加熱された厚い円盤星である。

ABSTRACT

Previous studies based on the analysis of Gaia DR2 data have revealed that accreted stars, possibly originating from a single progenitor satellite, are a significant component of the halo of our Galaxy, potentially constituting most of the halo stars at $ m [Fe/H] < -1$ within a few kpc from the Sun and beyond. In this paper, we couple astrometric data from Gaia DR2 with elemental abundances from APOGEE DR14 to characterize the kinematics and chemistry of in-situ and accreted populations up to $ m [Fe/H] \sim -2$. Accreted stars appear to significantly impact the Galactic chemo-kinematic relations, not only at $ m [Fe/H] < -1$, but also at metallicities typical of the thick and metal-poor thin discs. They constitute about 60% of all stars at $ m [Fe/H] < -1$, the remaining 40% being made of (metal-weak) thick disc stars. We find that the stellar kinematic fossil record shows the imprint left by this accretion event which heated the old Galactic disc. We are able to age-date this kinematic imprint, showing that the accretion occurred between 9 and 11 Gyr ago, and that it led to the last significant heating of the Galactic disc. An important fraction of stars with abundances typical of the (metal-rich) thick disc, and heated by this interaction, is now found in the Galactic halo. Indeed about half of the kinematically defined halo at few kpc from the Sun is composed of metal-rich thick disc stars. Moreover, we suggest that this metal-rich thick disc component dominates the stellar halo of the inner Galaxy. The new picture that emerges from this study is one where the standard non-rotating in-situ halo population, the collapsed halo, seems to be more elusive than ever.

研究の動機と目的

• 運動学と化学組成を用いて、在地形成と吸収された集団を区別することで、銀河のハロー星の起源を特定すること。
• 長年にわたり議論されてきた、非吸収的かつ非加熱の在地形成ハロー集団の存在に関する曖昧さを解消すること。
• 初期円盤に及ぼされた運動学的痕跡を分析することで、最後の顕著な吸収イベントの年齢を特定すること。
• 異なる金属量における、吸収された星と在地形成（加熱済み）円盤星がハローに与える寄与割合を定量化すること。
• 金属が多い厚い円盤星が、現在運動学的に熱い状態にあるが、銀河の内側ハローを支配しているかどうかを評価すること。

提案手法

• 太陽近傍およびそれ以上の領域の星に対して、ガイヤDR2のアストロメトリックデータとAPOGEE DR14の高分解能化学組成データを統合する。
• [Fe/H]–[Mg/Fe]平面を用いて、金属が乏しくα要素が強化された吸収星と、金属が豊富で金属弱化が見られる厚い円盤星を分離する。
• 速度分散と軌道エネルギーを用いた運動学的選別により、ハローに類似した運動を示す星を特定する。
• 化学的・運動学的モデリングを用いて、過去の吸収イベントが初期円盤の運動学的性質に与えた影響を追跡する。
• 古い円盤星の元素比を用いて、化学的進化モデルを用いて加熱イベントの時期を制約する。
• [Fe/H]–[Mg/Fe]平面における星集団の統計的分解を実行し、寄与割合を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河の星間ハローに、加熱された厚い円盤に加えて顕著な在地形成星集団が存在するか？
• RQ2 [Fe/H] < -1および金属豊富な領域において、ハローに存在する吸収星と在地形成（加熱済み）円盤星の相対的割合はどの程度か？
• RQ3 過去の吸収イベントが残した運動学的痕跡を用いて、銀河円盤の最後の顕著な加熱の時期を特定できるか？
• RQ4 金属が多く、運動学的に熱い厚い円盤星が、銀河の内側領域における運動学的定義されたハローにどの程度寄与しているか？
• RQ5 銀河に、独立した非吸収的かつ非加熱の在地形成ハロー集団が存在する証拠はあるか？

主な発見

• 星間ハローには、加熱された厚い円盤に加えて顕著な在地形成星集団は存在しない。標準的な非回転の在地形成ハローは、おそらく存在せず、もしあってもハロー星の数パーセント未満である。
• [Fe/H] < -1の星の約60％は吸収されたものであり、残りの40％は（金属弱化型の）厚い円盤星である。
• 太陽から数kpc離れた位置における運動学的定義のハロー星の約半分は、金属が多く加熱された厚い円盤星である。
• 円盤を加熱した吸収イベントは、運動学的痕跡と化学的制約に基づき、9～11 Gyr前に発生したと判明した。
• 加熱された厚い円盤成分は、R = 8–10 kpcの範囲で全星質量約2–5 × 10⁹ M☉を占めており、銀河の内側ハローの支配的成分である。
• この成分は内側ハローを支配しており、ハロー形成に関する議論において無視できない。したがって、独立した在地形成ハローの存在は疑わしい。