[論文レビュー] The stellar content of the Hamburg/ESO survey. IV. Selection of candidate metal-poor stars

N. Christlieb, T. Schörck+4 more|ArXiv.org|Apr 9, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 51被引用数 83

ひとこと要約

本論文は、カシウム II (Ca II) K線の強度（KPインデックス）、HES由来のB-V色、および2MASSのJ-K色を用いて、ハンブルク/ESOスキャン（HES）における金属量が低い星候補を定量的・多波長にわたって特定する手法を提示する。この手法は、[Fe/H] > -2.0 である星を97%以上効果的に除外し、[Fe/H] < -3.5 ではほぼ100%の完全性を達成する。これにより、B ≈ 17.2 の限 magnitude 限界を持つことから、HKスキャンと比較して10倍のスケールの調査体積を持つ8,853 deg²の領域で20,271個の候補星が得られた。

ABSTRACT

We present the quantitative methods used for selecting candidate metal-poor stars in the Hamburg/ESO objective-prism survey (HES). The selection is based on the strength of the Ca II K line, B-V colors (both measured directly from the digital HES spectra), as well as J-K colors from the 2 Micron All Sky Survey. The KP index for Ca II K can be measured from the HES spectra with an accuracy of 1.0 Angstrom, and a calibration of the HES B-V colors, using CCD photometry, yields a 1-sigma uncertainty of 0.07 mag for stars in the color range 0.3 &lt; B-V &lt; 1.4. These accuracies make it possible to reliably reject stars with [Fe/H] &gt; -2.0 without sacrificing completeness at the lowest metallicities. A test of the selection using 1121 stars of the HK survey of Beers, Preston, and Shectman present on HES plates suggests that the completeness at [Fe/H] &lt; -3.5 is close to 100% and that, at the same time, the contamination of the candidate sample with false positives is low: 50% of all stars with [Fe/H] &gt; -2.5 and 97% of all stars with [Fe/H] &gt; -2.0 are rejected. The selection was applied to 379 HES fields, covering a nominal area of 8853 square degrees of the southern high Galactic latitude sky. The candidate sample consists of 20,271 stars in the magnitude range 10 &lt; B &lt; 18. A comparison of the magnitude distribution with that of the HK survey shows that the magnitude limit of the HES sample is about 2 mag fainter. Taking the overlap of the sky areas covered by both surveys into account, it follows that the survey volume for metal-poor stars has been increased by the HES by about a factor of 10 with respect to the HK survey. We have already identified several very rare objects with the HES, including, e.g., the three most heavy-element deficient stars currently known.

研究の動機と目的

• ハンブルク/ESOスキャン（HES）のデジタルスプライトから金属量が低い星候補を信頼性高く定量的に選別する手法を開発すること。
• HKスキャンの選別手法を改善し、より明るい限 magnitude 限界と高い銀河傾斜角の領域をカバーするスケールの大きな調査を実現すること。
• 最も金属量が低い星を高完全性で保持しつつ、非金属量が低い星の混入を最小限に抑えること。
• 明確に理解された選別関数を定義することで、銀河の金属量が低いハロー領域の統計的分析を可能にすること。
• 従来のスキャンで検出できなかった極めて金属量が低い星（例：[Fe/H] < -5.0）を同定すること。

提案手法

• デジタルHESスプライトから直接KPインデックス（Ca II K線強度）を測定し、精度±1.0 Åを達成する。
• CCD測光を用いてHES由来のB-V色をキャリブレーションし、0.3 < B-V < 1.4 の範囲で1-σの不確実性が0.07 mag以内となるようにする。
• KPインデックスとB-V色、2MASS調査からのJ-K色を組み合わせ、パラメータ空間におけるカラーポイント・インデックス選別窓を定義する。
• Beersら（1999）が提示した選別基準を用い、KP、B-V、J-Kが[Fe/H]に与える影響を関係づけ、[Fe/H] < -2.5 である候補星を同定する。
• 視覚的点検を実施し、誤検出を除外し、特に有望な対象に焦点を当てて最終候補リストを精錬する。
• 選別手法の妥当性を検証するため、HESフィルム上に存在する1,121個のHKスキャン星のテストサンプルを用い、完全性と混入率を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HES選別手法は、[Fe/H] < -3.5 の星に対してどの程度の完全性を達成するか？
• RQ2 この手法は、[Fe/H] > -2.0 および [Fe/H] > -2.5 の星をどの程度効果的に除外するか？
• RQ3 HESの限 magnitude 限界がより明るいことにより、スキャン体積がHKスキャンに比べてどの程度大きくなっているか？
• RQ4 HES由来の光度インデックス（KP、B-V）は、金属量をどの程度正確に予測できるか？
• RQ5 この手法は、極めて金属量が低い星（例：[Fe/H] < -5.0）や希少な対象を信頼性高く同定できるか？

主な発見

• テストサンプルとして1,121個のHKスキャン星を用いた結果、HES選別手法は[Fe/H] < -3.5 の星に対してほぼ100%の完全性を達成した。
• この手法は、[Fe/H] > -2.0 の星の97%を除外し、[Fe/H] > -2.5 の星の50%を除外した。これにより、候補星サンプルの混入が非常に低いことが示された。
• HESは南天の高銀経度領域に8,853 deg²をカバーしており、重複分を差し引いた有効調査面積は6,726 deg²である。
• HESサンプルの限 magnitude 限界（B ≈ 17.2）は、HKスキャン（B ≈ 15.2）に比べて約2等星明るく、金属量が低い星の調査体積が約10倍に拡大された。
• この手法は、これまでに知られていた中で最も重元素が欠乏した星3例を含む、極めて希少な対象を効果的に同定した。
• 選別関数は明確に定義されており、定量的であるため、銀河の金属量が低いハロー領域の将来的な統計的分析、特に金属量分布関数（MDF）の低金属量尾部の解析が可能となる。