[논문 리뷰] Global survey of star clusters in the Milky Way III. 139 new open clusters at high Galactic latitudes

S. Schmeja, N. V. Kharchenko외 5명|arXiv (Cornell University)|2014. 06. 24.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 23인용 수 33

한 줄 요약

이 연구는 2MASS 점원자료의 항성 수 알고리즘을 사용하여 고은하위도 (|b| > 20°)에서 139개의 새로운 산개성단을 식별하였으며, 색도-등급 필터를 적용하여 성단의 과잉 밀도를 강화하였다. 주요 결과는 알려진 고위도 산개성단의 수가 150% 증가한 것이지만, 오래되고 가까운 성단(1 Gyr 이상, 1 kpc 이내)에 대한 지속적인 부족 현상이 여전히 존재하며, 이는 흐린, 큰 천정각 크기를 가진 성단에 대한 탐지 편향 때문일 가능성이 높다.

ABSTRACT

An earlier analysis of the Milky Way Star Cluster (MWSC) catalogue revealed an apparent lack of old (> 1 Gyr) open clusters in the solar neighbourhood (< 1 kpc). To fill this gap we undertook a search for hitherto unknown star clusters, assuming that the missing old clusters reside at high Galactic latitudes |b|> 20°. We were looking for stellar density enhancements using a star count algorithm on the 2MASS point source catalogue. To increase the contrast between potential clusters and the field, we applied filters in colour-magnitude space according to typical colour-magnitude diagrams of nearby old open clusters. The subsequent comparison with lists of known objects allowed us to select thus far unknown cluster candidates. For verification they were processed with the standard pipeline used within the MWSC survey for computing cluster membership probabilities and for determining structural, kinematic, and astrophysical parameters. In total we discovered 782 density enhancements, 522 of which were classified as real objects. Among them 139 are new open clusters with ages 8.3 < log (t [yr]) < 9.7, distances d < 3 kpc, and distances from the Galactic plane 0.3 < Z < 1 kpc. This new sample has increased the total number of known high latitude open clusters by about 150%. Nevertheless, we still observe a lack of older nearby clusters up to 1 kpc from the Sun. This volume is expected to still contain about 60 unknown clusters that probably escaped our detection algorithm, which fails to detect sparse overdensities with large angular size.

연구 동기 및 목표

• 태양계 근처(1 kpc 이내)에서 고은하위도에서 관측된 오래된 산개성단(t ≥ 1 Gyr)의 부족 현상을 해결하기 위함.
• 기존에 탐지되지 않은 오래된 산개성단이 고은하위도(|b| > 20°)에 존재할 수 있는지 조사하기 위함.
• 은하수 성단 조사(MWSC)를 |b| ≤ 20°를 초월하여 확장하여 고위도 지역의 완전성 향상시키기 위함.
• 희박하고 큰 천정각 크기를 가진 성단에 대한 탐지 편향이 왜 여전히 가까운 오래된 성단이 발견되지 않는지를 설명할 수 있는지 정량화하기 위함.
• 태양계 근처 부피(d < 1 kpc) 내에서 아직 탐지되지 않은 오래된 산개성단의 수를 추정하기 위함.

제안 방법

• 2MASS 점원자료에 항성 수 알고리즘을 적용하여 |b| > 20° 영역에서 천체 밀도 증가를 식별함.
• 근처 오래된 산개성단의 일반적인 이소클론(로그 t ∈ [8.3, 9.7], d ≈ 1 kpc) 기반으로 9개의 겹치는 색도-등급 필터를 사용하여 배경 항성 오염을 억제함.
• (J−H, H) 및 (H−Ks, Ks) 색도-등급 공간에서 데이터를 필터링하여 성단 신호를 강화하고 배경 항성 백그라운드를 최소화함.
• 기존의 물체 목록(MWSC 입력 목록, SIMBAD, Abell 은하단)과 교차 참조하여 비성단 물체를 제외함.
• 남은 399개의 후보자들을 표준 MWSC 파이프라인을 통해 처리하여 구성원 확률, 구조적, 운동학적, 천체물리적 파rameter를 계산함.
• 이전 조사(예: Froebrich et al. 2007)와 비교하여 탐지 효율성을 평가하고, 필터 선택 및 성단 형태학적 특성이 탐지에 미치는 영향을 분석함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고은하위도(|b| > 20°)에 오래된 산개성단(로그 t ≥ 9.0)이 이전 조사에서 놓친 적이 있는가?
• RQ2 특히 흐린, 큰 천정각 크기를 가진 성단에 대한 탐지 편향이 가까운 오래된 성단의 관측 부족 현상을 얼마나 설명하는가?
• RQ3 2MASS 자료와 색도-등급 필터링을 사용하여 고위도에서 얼마나 많은 새로운 산개성단을 발견할 수 있는가?
• RQ4 MWSC 조사가 태양으로부터 1 kpc 이내의 고위도 영역에서 오래된 성단을 얼마나 완전하게 탐지하는가?
• RQ5 최근에 발견된 성단의 구조적 및 운동학적 특성은 알려진 고위도 성단과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 총 139개의 새로운 산개성단이 고은하위도(|b| > 20°)에서 확인되었으며, 연령 범위는 8.3 < 로그 t < 9.7(즉, 200 Myr에서 5 Gyr), 거리 d < 3 kpc, 은하수 평면에서의 수직 거리 0.3 < Z < 1 kpc.
• 이러한 발견으로 알려진 고위도 산개성단의 수가 약 150% 증가하여, 이러한 성단의 총합이 크게 향상됨.
• 새로운 탐지에도 불구하고, 태양으로부터 1 kpc 이내에서 오래된 산개성단(t ≥ 1 Gyr)의 부족 현상이 여전히 심각하게 존재하며, 특히 d < 1 kpc 및 |b| > 20° 영역에서 두드러짐.
• 이 연구는 태양계 근처에서 약 60개의 추가 오래된 산개성단이 여전히 탐지되지 않았을 가능성이 높다고 추정하며, 이는 탐지 알고리즘이 흐린, 큰 천정각 크기를 가진 과잉 밀도를 식별하지 못하기 때문임.
• 저명한 거대 브랜치를 갖지 않은 성단의 경우 탐지 효율이 떨어지며, 이소클론에 기반한 필터는 이러한 특징을 유리하게 활용함.
• 광학 조사(예: COCD)와 비교한 결과, 이와 같은 적외선 기반 탐사에서는 더 먼 거리(d > 1 kpc)의 성단을 탐지할 수 있으나, 광학 조사는 더 많은 가까운 성단을 발견함을 보여주며, 이는 상호보완적인 탐지 편향을 나타냄.