[論文レビュー] Vertical distribution of Galactic disk stars I - Kinematics and metallicity

C. Soubiran, O. Bienaymé+1 more|ArXiv.org|Oct 29, 2002

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 26被引用数 162

ひとこと要約

本研究では、フランス・オート・プロヴァンス天文台のELODIEを用いて、北銀極領域の約400個の赤巨星（赤clump giants）を対象に、高分解能分光的調査を実施し、正確な運動学的特性、金属量、距離を導出している。古くから存在する薄銀河ディスクと厚い銀河ディスクの成分を分離し、厚いディスクは中程度の回転遅れ $-51 \pm 5\ \mathrm{km\,s^{-1}}$ を示し、高い速度分散（$\sigma_U = 63 \pm 6$, $\sigma_V = 39 \pm 4$, $\sigma_W = 39 \pm 4\ \mathrm{km\,s^{-1}}$）、平均金属量 [Fe/H] = $-0.48 \pm 0.05$、局所正規化率15% $\pm$ 7%を示しており、これは従来の推定値よりも厚いディスクの割合が高いことを示している。

ABSTRACT

Nearly 400 Tycho-2 stars have been observed in a 720 square degree field in the direction of the North Galactic Pole with the high resolution echelle spectrograph ELODIE. Absolute magnitudes, effective temperatures, gravities and metallicities have been estimated, as well as distances and 3D velocities. Most of these stars are clump giants and span typical distances from 200pc to 800pc to the galactic mid-plane. This new sample, free of any kinematical and metallicity bias, is used to investigate the vertical distribution of disk stars. The old thin disk and thick disk populations are deconvolved from the velocity-metallicity distribution of the sample and their parameters are determined. The thick disk is found to have a moderate rotational lag of -51+-5 km/s with respect to the Sun with velocity ellipsoid (sigma_U, sigma_V, sigma_W)=(63+-6, 39+-4, 39+-4) km/s, mean metallicity of [Fe/H]=-0.48+-0.05 and a high local normalization of 15+-7%. Combining this NGP sample with a local sample of giant stars from the Hipparcos catalogue, the orientation of the velocity ellipsoid is investigated as a function of distance to the plane and metallicity. We find no vertex deviation for old stars, consistent with an axisymmetric Galaxy. Paper II is devoted to the dynamical analysis of the sample, puting new constraints on the vertical force perpendicular to the galactic plane and on the total mass density in the galactic plane.

研究の動機と目的

• 銀河平面から800 pcまでの範囲にわたり、偏りのない高精度なディスク星のサンプルを取得し、その運動学的特性と金属量分布を研究すること。
• 非情報的混合モデルを用いて、速度-金属量分布に基づき、古くから存在する薄ディスクと厚ディスクの成分を分離すること。
• 従来の研究と比較して、より高い精度で厚ディスクの運動学的パラメータ、金属量、相対的正規化率を特定すること。
• 銀河ディスクの軸対称性を検証するため、平面からの高さと金属量の関数として速度テンソルの向きの変化を調査すること。
• 論文IIの動力学的解析（銀河平面における垂直方向力と質量密度の制約）の基盤を提供すること。

提案手法

• 北銀極方向の720平方度の領域に対して、ELODIE機器を用いた高分解能エラチェスペクトロスコピーを実施し、径速度、効果的温度、重力加速度、金属量を取得する。
• 観測スペクトルと実験的スペクトルのリファレンスライブラリを相関させることで、大気パラメータと絶対等級を推定するTGMETソフトウェアの利用。
• 絶対等級の推定をもとに距離を決定し、400 pcの距離に位置する星に対して通常18%の精度を達成した。
• 薄ディスクと厚ディスクの成分を、運動学的および金属量分布に基づき分離する非情報的ガウス混合モデルの適用。
• NGPサンプルと局所のヒッパルコスサンプルの巨星を組み合わせ、速度テンソルの頂点ずれが金属量および平面からの距離の関数としてどのように変化するかを調査する。
• 得られたディスクパラメータの妥当性を検証するため、ベサンソン銀河モデルからのシミュレーションと観測分布を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 均一で偏りのない赤巨星サンプルから得られた高精度な運動学的・金属量パラメータを用いて、太陽系近傍における厚ディスク成分の正確な特性は何か？
• RQ2 速度テンソルの向きは、銀河平面からの高さおよび金属量の関数としてどのように変化するか？ これは、の銀河ディスクの軸対称性に何を示唆するか？
• RQ3 厚ディスクの局所正規化率は、薄ディスクに対してどの程度であり、従来の推定値と比較してどう異なるか？
• RQ4 観測された運動学的および金属量分布は、中程度の厚ディスクモデルか、より極端なモデルか、どちらによってよりよく説明できるか？ これは、形成理論とどのように関連するか？
• RQ5 色と等級のカットは、赤巨星をどれほど効果的に分離できるか？ また、主系列星や準巨星からの汚染はどの程度残存するか？

主な発見

• 厚ディスクは太陽に対して $-51 \pm 5\ \mathrm{km\,s^{-1}}$ の回転遅れを示しており、これは局所標準運動よりも遅く回転していることを示している。
• 厚ディスクの速度分散テンソルは $\sigma_U = 63 \pm 6$, $\sigma_V = 39 \pm 4$, $\sigma_W = 39 \pm 4\ \mathrm{km\,s^{-1}}$ であり、運動的に高温な集団であることが示された。
• 厚ディスクの平均金属量は [Fe/H] = $-0.48 \pm 0.05$ であり、従来の推定値の金属量がやや高い方の領域に位置している。
• 厚ディスクの局所正規化率は15% $\pm$ 7% であり、従来の研究で一般的に仮定されていた2–7%よりも顕著に高い値である。
• 薄ディスクのパラメータには、平面からの高さに伴う顕著な垂直勾配は観測されず、サンプル範囲内でその運動学的性質が一貫していることが示された。
• 低金属量（古くから存在する）集団では、速度テンソルの頂点ずれはゼロであった。これは、銀河ディスクが軸対称的であるという仮説を支持するものであり、高金属量サンプルではわずかな正のずれが観測された。