[논문 리뷰] Cleaning spectroscopic samples of stars in nearby dwarf galaxies: The use of the nIR MgI line to weed out Milky Way contaminants

G. Battaglia, Else Starkenburg|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|2012. 01. 17.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 49인용 수 22

한 줄 요약

이 논문은 근적외선 Mg I 선(8806.8 Å)과 Ca II 삼중선(CaT) 선 강도를 조합하여, 근접한 난자성은하의 적색거성지점(_RGB_) 별들에서 은하수 난자별 오염자를 분리하는 방법을 제안한다. 이 방법은 거대성과 난자별 간 표면중력의 차이를 이용하여, [Fe/H] = -2 dex 이상의 금속성에서 효과적으로 분리가 가능하며, VLT/FLAMES 데이터를 활용해 세크산테스, 스크류프터, 포르나스 등에서 검증되었다.

ABSTRACT

Dwarf galaxies provide insights on the processes of star formation and chemical enrichment at the low end of the galaxy mass function, as well as on the clustering of dark matter on small scales. In studies of Local Group dwarf galaxies, spectroscopic samples of individual stars are used to derive the internal kinematics and abundance properties of these galaxies. It is therefore important to clean these samples from Milky Way stars, not related to the dwarf galaxy, since they can contaminate the analysis of the properties of these objects. Here we introduce a new diagnostic for separating Milky Way contaminant stars -- that mainly constitute of dwarf stars -- and red giant branch stars targeted in dwarf galaxies. As discriminator we use the trends in the equivalent width of the nIR MgI line at 8806.8 Å as a function of the equivalent width of CaII triplet lines. This method is particularly useful for works dealing with multi-object intermediate resolution spectroscopy focusing in the region of the nIR CaII triplet. We use synthetic spectra to explore how the equivalent width of these lines changes for stars with different properties (gravity, effective temperature, metallicity) and find that a discrimination among giants above the horizontal branch and dwarfs can be made with this method at [Fe/H]> -2 dex. For -2 $\le$ [Fe/H] $\le$ -1, this method is also valid to discriminate dwarfs and giants down to approximately one magnitude below the horizontal branch. Using a foreground model we make predictions on the use of this new discrimination method for nearby dwarf spheroidal galaxies, including the ultra-faints. We subsequently use VLT/FLAMES data for the Sextans, Sculptor and Fornax dSphs to verify the predicted theoretical trends.

연구 동기 및 목표

• 근접한 난자성은하의 적색거성지점 별 스펙트로스코픽 샘플을 은하수의 전경 난자별 오염자들이 오염하는 문제를 해결하기 위해.
• 유도성 및 원소 농도 분석의 정확도를 향상시키기 위해 유령자(이탈자)의 오염을 줄이기 위해.
• 기존 중해상 분辨도 데이터에 적용 가능한 물리적으로 타당한 중력 민감도 진단 도구를 개발하기 위해.
• 기존의 고전적 dSph(세크산테스, 스크류프터, 포르나스)의 실제 데이터를 바탕으로 방법을 검증하고, 초미세한 난자성은하로의 적용 가능성을 확장하기 위해.
• 속도 기반 선택과 보완되는 단순하고 구현 가능한 기준을 제공하여, 특히 외곽 영역이나 저표면 밀도 시스템에서 샘플의 순도를 향상시키기 위해.

제안 방법

• 이 방법은 근적외선 Mg I 선(8806.8 Å)의 등가폭(EW)을 중력 민감도 지표로 사용하며, Ca II 삼중선(CaT) 선 강도(ΣW)와 조합한다.
• 효율 온도, 표면중력, 금속성의 격자에 따라 합성 스펙트럼을 생성하여, 거대성과 난자별에서 Mg I 및 CaT EW의 변화 양상을 모델링한다.
• Mg I EW와 CaT ΣW 간의 관계를 보정하여, 중력의 차이에 기반해 거대성(난자성은하의 구성원)과 난자별(은하수 오염자)을 분리한다.
• 이 방법은 세 개의 고전적 dSph(Sextans, Sculptor, Fornax)에서 확보한 VLT/FLAMES 데이터를 대상으로 테스트되었으며, 이론적 경향이 관측 데이터와 잘 일치함을 확인하였다.
• 이 접근법은 초미세한 난자성은하 및 기타 dSph에 적용하여 성능을 예측하였으며, 속도 기반 선택이 덜 효과적인 시스템에 특히 중점을 두었다.
• 이 방법은 기존 데이터에 쉽게 적용 가능하며, 근적외선 영역에서 서로 가까이 위치한 두 개의 강한 선을 측정하기만 하면 된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 8806.8 Å에서의 Mg I 선은 스펙트로스코픽 샘플에서 적색거성지점 별과 은하수 난자별 오염자를 식별하는 데 신뢰할 수 있는 중력 지표로 사용될 수 있는가?
• RQ2 Mg I EW와 CaT ΣW의 조합은 [Fe/H] > -2 dex 범위에서 다양한 금속성에서 난자별과 거대성을 얼마나 효과적으로 분리하는가?
• RQ3 특히 저표면 밀도 또는 외곽 허브 영역에서, 속도 기반 선택에 비해 이 방법이 오염 제거 효율을 얼마나 향상시키는가?
• RQ4 Mg I 및 CaT 선의 합성 모델은 세크산테스, 스크류프터, 포르나스 등의 실제 dSph 데이터에서 관측된 경향을 얼마나 잘 재현하는가?
• RQ5 특히 초미세한 난자성은하에서, 속도 기반 선택이 제한되는 상황에서 이 방법이 가장 유익한 난자성은하 시스템은 어디인가?

주요 결과

• Mg I EW–CaT ΣW 관계는 [Fe/H] = -2 dex 이상의 금속성에서 거대성과 난자별을 성공적으로 분리한다. 이 범위에 대부분의 오염자가 존재한다.
• -2에서 -1 dex 사이의 금속성에서는, 수평가지 이하 약 1등급까지 난자별과 거대성을 효과적으로 구분할 수 있다.
• 이 방법은 고전적 dSph인 세크산테스, 스크류프터, 포르나스에서 확보한 실제 VLT/FLAMES 데이터를 통해 검증되었으며, 이론적 경향과 관측 데이터가 잘 일치한다.
• 이 방법은 캐인즈 베네티키 아이, 라오 이, 포르나스, 허큘레스, 우라스 마조르 I, 윌먼 1 등에서 속도 기반 선택만으로는 충분하지 않은 시스템에서 특히 효과적이다.
• 초미세한 난자성은하나 높은 전경 오염도를 가진 시스템에서는, 이 Mg I 방법이 라디얼 속도 선택보다 더 효율적일 수 있다.
• 이 방법은 은하수 거대성 오염자를 제거하지는 않지만, 주요 오염자인 난자별을 효과적으로 제거하면서 목표로 하는 거대성 별 집단을 유지한다.