[論文レビュー] uvby-βphotometry of high-velocity and metal-poor stars XI. Ages of halo and old disk stars

W. J. Schuster, A. Moitinho+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2005

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 96被引用数 53

ひとこと要約

本研究では、1,533個の高速で金属貧乏な星のuvby-β光度測定を用いて星の年齢と銀河系運動学を導出し、約10および12.5 Gyrの2つの異なるヘビー・ディスク成分と、平均年齢13.0 ± 0.2 Gyrのハロー成分を特定した。結果は、星形成が吸収イベントに関連する階層的銀河形成モデルを支持しており、WMAPデータによって制約された結果、ハローはビッグバン後わずか0.7 ± 0.3 Gyrで形成されたことが示された。

ABSTRACT

New uvby-βdata are provided for 442 high-velocity and metal-poor stars; 90 of these stars have been observed previously by us, and 352 are new. When combined with our previous two photometric catalogues, the data base is now made up of 1533 high-velocity and metal-poor stars, all with uvby-βphotometry and complete kinematic data, such as proper motions and radial velocities taken from the literature. Hipparcos, plus a new photometric calibration for M_v also based on the Hipparcos parallaxes, provide distances for nearly all of these stars; our previous photometric calibrations give values for E(b-y) and [Fe/H]. The [Fe/H],V(rot) diagram allows us to separate these stars into different Galactic stellar population groups, such as old-thin-disk, thick-disk, and halo. The X histogram, where X is our stellar-population discriminator combining V(rot) and [Fe/H], and contour plots for the [Fe/H],V(rot) diagram both indicate two probable components to the thick disk. These population groups and Galactic components are studied in the (b-y)_o,M_v diagram, compared to the isochrones of Bergbusch & VandenBerg (2001), to derive stellar ages. The two thick-disk groups have the mean characteristics: ([Fe/H], V(rot), Age, σ_W') ~ (-0.7 dex, 120 km/s, 12.5 Gyr, 62.0 km/s), and ~(-0.4, 160, 10.0, 45.8). The seven most metal-poor halo groups, -2.31 <= [Fe/H] <= -1.31, show a mean age of 13.0 +/-0.2 (mean error) Gyr, giving a mean difference from the WMAP results for the age of the Universe of 0.7 +/- 0.3 Gyr. These results for the ages and components of the thick disk and for the age of the Galactic halo field stars are discussed in terms of various models and ideas for the formation of galaxies and their stellar populations.

研究の動機と目的

• uvby-β光度測定と運動学的データを用いて、ハローおよび古いディスク星の正確な年齢を特定すること。
• 年齢と金属量分布を用いて、銀河系ヘビー・ディスクの構造と形成歴を調査すること。
• WMAPからの宇宙論的制約と照らし合わせて、導出された星の年齢を比較することで、階層的銀河形成モデルを検証すること。
• [Fe/H]、V(rot)図における明確に分離された星族成分を特定し、それらの運動学的および年齢的特徴を評価すること。
• 銀河系ハローの形成タイムラインを検討し、宇宙の年齢および第3星族星の形成時期と整合性があるかを検証すること。

提案手法

• 442個の新しい高速で金属貧乏な星のuvby-β光度測定を取得し、以前の1,091個の星のデータベースに加えた。
• 文献に基づく径方向速度および自己運動を光度測定データと統合し、3次元運動学を導出した。
• ヒッパルコスのパララックスと新しい光度測定キャリブレーションを用いて、ほぼすべての星の絶対等級と距離を導出した。
• 光度測定キャリブレーションを適用し、(b−y)0およびβインデックスから[Fe/H]とE(b−y)を決定した。
• Xディスクリミネーター（[Fe/H]とV(rot)の組み合わせ）と[Fe/H]、V(rot)平面における等高線プロットを用いて星族の分布をマッピングした。
• 観測された(b−y)0、M_V図とBergbusch & VandenBerg (2001)の等年齢線を照合し、個々の星の絶対的年齢を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 uvby-β光度測定から導出された銀河系ハローおよび古いディスク星の年齢は何か？
• RQ2 ヘビー・ディスク内に明確に分離された成分が存在するか？ その運動学的および年齢的特徴は何か？
• RQ3 最も金属量が低いハロー星の年齢は、WMAPによって制約された宇宙の年齢と比較してどうなるか？
• RQ4 [Fe/H]、(b−y)0図から、ハローにおける断続的な星形成を示す証拠は何か？
• RQ5 観測された星族分布が、階層的銀河形成モデルをどの程度支持するか？

主な発見

• 金属量が最も低いハロー星（[Fe/H]：−2.31〜−1.31 dex）の平均年齢は13.0 ± 0.2 Gyrであった。
• この平均ハロー年齢は、WMAPによって決定された宇宙の年齢よりわずか0.7 ± 0.3 Gyr若いことから、初期に形成されたことが示唆された。
• 2つの明確に分離されたヘビー・ディスク成分が同定された：一方は[Fe/H] ≈ −0.7 dex、V(rot) ≈ 120 km/s、年齢 ≈ 12.5 Gyr、もう一方は[Fe/H] ≈ −0.4 dex、V(rot) ≈ 160 km/s、年齢 ≈ 10.0 Gyrであった。
• 2つのヘビー・ディスク成分はそれぞれ62.0 km/sおよび45.8 km/sの速度分散を示した。
• [Fe/H]、(b−y)0図では、[Fe/H]範囲−1.5〜−0.9 dexにかけて青い星族が存在し、約5.5 Gyr前に星形成が発生した可能性を示唆しており、おそらく合体または吸収イベントに起因する。
• ハローおよびヘビー・ディスクの観測された年齢と運動学的構造は、Abadi et al. (2003)のモデルのような階層的銀河形成モデルと整合的であり、8.5、10.0、11.5、13.0 Gyrに星形成爆発（starburst）が予測されている。