[논문 리뷰] Global survey of star clusters in the Milky Way I. The pipeline and fundamental parameters in the second quadrant

N. V. Kharchenko, А. Э. Пискунов외 3명|arXiv (Cornell University)|2012. 07. 17.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 42인용 수 50

한 줄 요약

이 연구는 새로운 데이터 처리 파이프라인을 활용하여 제2은하자기분화에서 항성집단을 체계적으로 조사한다. 이 파이프라인은 PPMXL 천체운동학 자료와 2MASS 광도 자료를 융합하여 642개의 산개성단, 2개의 구형성단, 8개의 연관성단을 식별하고 특성화한다. 파이프라인은 운동학적, 광도학적, 구조적 매개변수를 동시에 결정할 수 있으며, 76%의 확인률과 최대 2 kpc까지의 완전성, 1 kpc²당 94개의 표면 밀도를 달성한다.

ABSTRACT

Aims: On the basis of the PPMXL star catalogue we performed a survey of star clusters in the second quadrant of the Milky Way. Methods: From the PPMXL catalogue of positions and proper motions we took the subset of stars with near-infrared photometry from 2MASS and added the remaining 2MASS stars without proper motions (called 2MAst, i.e. 2MASS with astrometry). We developed a data-processing pipeline including interactive human control of a standardised set of multi-dimensional diagrams to determine kinematic and photometric membership probabilities for stars in a cluster region. The pipeline simultaneously produced the astrophysical parameters of a cluster. From literature we compiled a target list of presently known open and globular clusters, cluster candidates, associations, and moving groups. From established member stars we derived spatial parameters (coordinates of centres and radii of the main morphological parts of clusters) and cluster kinematics (average proper motions and sometimes radial velocities). For distance, reddening, and age determination we used specific sets of theoretical isochrones. Tidal parameters were obtained by a fit of three-parameter King profiles to the observed density distributions of members. Results: We investigated all 871 objects in the 2nd Galactic quadrant, of which we successfully treated 642 open clusters, 2 globular clusters, and 8 stellar associations. The remaining 219 objects (24%) were recognised by us to be nonexistent clusters, duplicate entries, or clusters too faint for 2MAst. We found that our sample is complete in the 2nd quadrant up to a distance of 2 kpc, where the average surface density is 94 clusters per kpc$^{2}$. Compared with literature values we found good agreement in spatial and kinematic data, as well as for optical distances and reddening. Small, but systematic offsets were detected in the age determination.

연구 동기 및 목표

• 현대 천체운동학 및 광도학 자료를 활용하여 제2은하자기분화의 항성집단에 대한 균일하고 대규모의 조사를 수행한다.
• 운동학, 광도학, 공간 기준을 통합한 유연하고 신뢰할 수 있는 상호작용형 데이터 처리 파이프라인을 개발한다.
• 통계적으로 완전한 샘플의 항성집단에 대해 거리, 나이, 적색보정, tidal 구조 등의 기본 천체물리적 매개변수를 결정한다.
• 가짜 양성, 중복, 희미하거나 존재하지 않는 물체를 식별함으로써 기존의 집단 목록의 완전성과 신뢰성을 평가한다.

제안 방법

• PPMXL의 항성과 운동량을 갖는 자료와 2MASS의 항성과 운동량이 없는 자료를 융합하여 약 4.7억 개의 항성이 포함된 2MAst 목록을 구축하였다.
• 표준화된 다차원 진단 도표(예: 색-등급도, 운동량, 공간 분포)를 사용하여 운동학적 및 광도학적 소속 확률을 평가하는 다차원 진단 파이프라인을 구현하였다.
• 특히 복잡하거나 모호한 집단 구조에 대해 정확도를 확보하기 위해 각 단계에서 상호작용식 인간 검증을 적용하였다.
• 이론적 등온선을 사용하여 나이 및 거리 추정치를 도출하였으며, 광도학적 피팅을 통해 색 초과 및 K_s 대역 투과율을 유도하였다.
• 관측된 밀도 분포에 대해 3매개변수 킹 프로파일을 피팅하여 tidal 매개변수와 집단의 구조적 특성을 결정하였다.
• 가용한 반지름 속도 자료를 통합하고, 문헌과의 교차 참조를 통해 집단, 후보자, 연관성단, 이동 군집을 포함한 종합적인 대상 목록을 편성하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 제2은하자기분화에서 항성집단 조사의 완전성 한계는 무엇이며, 태양으로부터의 거리에 따라 집단의 표면 밀도는 어떻게 변하는가?
• RQ2 천체운동학과 광도학 파이프라인을 통합하여 유도된 천체물리적 매개변수(거리, 나이, 적색보정, 탈출 반경)의 정확도는 어느 정도인가?
• RQ3 문헌 값과 비교했을 때 나이 결정에 체계적인 오차가 존재하는가? 그 원인은 무엇일 수 있는가?
• RQ4 이 파이프라인은 실제 집단과 필드 항성의 과잉 밀도, 중복, 존재하지 않는 집단 항목을 얼마나 효과적으로 구별하는가?
• RQ5 제2은하자기분화에서 집단의 나이 분포와 공간적 구조는 어떻게 되어 있으며, 은하의 나선형 구조와 어떤 상관관계를 가지는가?

주요 결과

• 조사에서 76%의 확인률을 달성하여 총 871개의 초기 대상 중 642개의 산개성단, 2개의 구형성단, 8개의 연관성단을 성공적으로 식별하였다.
• 샘플은 태양으로부터 최대 2 kpc까지 완전하며, 평균 표면 밀도는 1 kpc²당 94개이다.
• 젊은 집단(log t ≤ 7.9)은 22 kpc⁻² 기여를 하였고, 오래된 집단(log t > 8.75)은 72 kpc⁻² 기여를 하여 오래된 집단이 더 높은 공간 집중도를 보였다.
• 문헌 값과 비교해 나이 결정에 체계적인 오차가 발견되었지만, 공간적 및 운동학적 매개변수는 양호한 일치를 보였다.
• 151개의 집단(확인된 집단의 23%)에서 반지름 속도를 성공적으로 도출하였으며, 거리 및 나이 추정치는 각각 291개 및 333개의 집단에 대해 이 조사에서 처음으로 유도되었다.
• 파이프라인은 219개의 물체(24%)를 존재하지 않거나 중복되거나 분석에 신뢰할 수 없을 정도로 희미한 것으로 거부하였으며, 주로 필드 항성 과잉 밀도 또는 다중 중심 연관성단으로 인한 것이다.