[논문 리뷰] Ground-based CCD astrometry with wide field imagers. II. A star catalogue for M67: WFI@2.2m MPG/ESO astrometry, FLAMES@VLT radial velocities

R. K. S. Yadav, L. R. Bedin외 8명|ArXiv.org|2008. 02. 29.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 49인용 수 67

한 줄 요약

이 논문은 WFI@2.2m MPG/ESO 망원경에서 확보한 두 차례의 코어-디지털 관측과 VLT에서의 FLAMES를 이용한 반경속도 데이터를 바탕으로, 오래된 산개성단 M67 내 약 2,400颗의 항성에 대해 고정밀 천체측위 및 광도 측정 목록을 제시한다. V < 16에서 1.9 mas yr⁻¹의 운동속도 정밀도를 달성하며, 신뢰할 수 있는 구성원 식별 범위를 V ≈ 20까지 연장하고, 211颗의 항성에 대해 校정된 BVI 광도 측정과 반경속도를 제공하여 이전의 사진 촬영 조사보다 훨씬 깊은 성단 조사 결과를 도출한다.

ABSTRACT

The solar-age open cluster M67 (C0847+120, NGC2682) is a touchstone in studies of the old Galactic disk. Despite its outstanding role, the census of cluster membership for M67 at fainter magnitudes and their properties are not well-established. Using the proprietary and archival ESO data, we have obtained astrometric, photometric, and radial velocities of stars in a 34'x 33' field centered on the old open cluster M67. The two-epoch archival observations separated by 4 years and acquired with the Wide Field Imager at the 2.2m MPG/ESO telescope have been reduced with our new astrometric techniques, as described in the first paper of this series. The same observations served to derive calibrated BVI photometry in M67. Radial velocities were measured using the archival and new spectroscopic data obtained at VLT. We have determined relative proper motions and membership probabilities for ~2,400 stars. The precision of proper motions for optimally exposed stars is ~2 mas/yr, gradually degrading down to ~5 mas/yr at V= 20. Our relatively precise proper motions at V&gt;16 are first obtained in this magnitude range for M67. Radial velocities are measured for 211 stars in the same field. We also present a detailed comparison with recent theoretical isochrones from several independent groups. For M67 area we provide positions, calibrated BVI photometry, relative proper motions, membership probabilities, and radial velocities. We demonstrate that the ground-based CCD mosaic observations just a few years apart are producing proper motions, allowing a reliable membership determination. We produced a catalogue that is made electronically available to the astronomical community.

연구 동기 및 목표

• 이전의 사진 필름 기반 운동속도 조사가 제한된 V > 16의 어두운 항성에서 성단 구성원 식별의 완전성과 정밀도를 향상시키기 위해.
• 지상 기반 CCD 모자이크 천체측위에서 단지 4년의 기준선만으로도 sub-mas/yr 수준의 정밀도를 달성할 수 있음을 보여주어 이전 조사보다 더 깊은 곳까지 신뢰할 수 있는 운동속도 측정이 가능함을 입증하기 위해.
• M67 중심부를 중심으로 34×33 arcmin² 영역 내 항성들의 위치, 校정된 BVI 광도 측정, 운동속도, 구성원 확률, 반경속도를 포함한 종합적인 전자적 목록을 제작하기 위해.
• 낮은 공간 밀도를 가진 성단에서 광역 천체측위에 있어 국소 변환 방법의 한계를 극복하기 위해 글로벌 플레이트 솔루션과 경험적 PSF 모델링의 사용을 검증하기 위해.
• 태양 유사 성단 M67에서의 별 진화, 천체역학적 진화 및 화학 조성 연구를 위한 토대 자료를 제공하기 위해.

제안 방법

• WFI@2.2m MPG/ESO 망원경에서 확보한 두 차례의 기록된 CCD 관측 자료를 사용하였으며, 이는 4년 간격으로 이루어졌고, 종이 I에서 개발된 고도의 천체측위 기법을 적용하여 처리하였다. 이 기법에는 전체 시야에서 정확한 PSF 표현을 확보하기 위한 경험적 PSF 모델링이 포함되었다.
• 별 기반 천체측위 솔루션을 적용하여 글로벌 플레이트 솔루션을 사용해 상대 운동속도를 유도하였으며, 낮은 밀도 지역에서 국소 기준 프레임 변환의 불안정성을 피하기 위해 사용하였다.
• 같은 CCD 이미지에서 개구리 광도 측정을 통해 보정된 BVI 광도 측정을 유도하였으며, PSF에 따라 변형된 기준 항성과 기상 보정을 적용하였다.
• VLT의 FLAMES 장치에서 확보한 기록 및 신규 스펙트럼 데이터를 사용하여 고해상도 이클레 스펙트럼 측정을 통해 반경속도를 측정하였다.
• 운동속도와 반경속도 정보를 결합하여 베이지안 방법을 사용해 성단 구성원과 천체 외부 항성 간의 구분을 위한 구성원 확률를 계산하였다.
• 최종 목록은 공개된 전자 형식으로 제공되어 M67에 대한 지속적이고 향후 연구를 지원하기 위해 제공되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 4년 기준선을 가진 지상 기반 CCD 천체측위가 M67과 같은 밀도가 높은 영역에서 운동속도 측정 정밀도를 sub-mas/yr 수준으로 달성할 수 있는가? 이는 V > 16에서 신뢰할 수 있는 구성원 식별을 가능하게 하는가?
• RQ2 글로벌 플레이트 솔루션과 경험적 PSF 모델링이 낮은 공간 밀도를 가진 산개성단의 광역 이미징에서 천체측위 정밀도를 얼마나 향상시킬 수 있는가?
• RQ3 유도된 운동속도와 반경속도는 이론적 이소클론과 어떻게 비교되며, M67에서의 대류 핵 과도현상에 대해 어떤 시사점을 제공하는가?
• RQ4 V ≈ 20에서 성단 구성원 식별의 완전성과 신뢰성은 어떠한가? 이는 이전의 V ≈ 16까지 제한된 사진 촬영 조사와 비교해 볼 때 어떠한가?
• RQ5 깊은 광도 측정, 정밀한 천체측위, 반경속도의 조합이 M67에서 성단 구성원 식별과 별 집단 특성 분석을 어떻게 크게 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 최적 노출 조건을 가진 V < 16 항성에서 천체측위 정밀도는 1.9 mas yr⁻¹에 도달하며, V = 20에서 약 5 mas yr⁻¹로 떨어지며, V ≈ 20까지 안정적인 운동속도 측정이 가능하다.
• 이 연구는 M67 항성에 대해 V > 16에서 처음으로 고정밀 운동속도를 제공하여, 이전 사진 촬영 조사보다 최대 5등급 깊이까지 신뢰할 수 있는 구성원 식별 범위를 확장한다.
• 211개 항성에 대해 V = 16까지 반경속도를 성공적으로 측정하여, 성단 구성원과 천체 외부 항성 간의 구분 능력을 크게 향상시켰다.
• 보정된 BVI 광도 측정은 M67에서 대류 핵 과도현상이 작다는 것을 확인하며, Sandquist(2004)와 Vandenberg & Stetson(2004)의 이전 결과와 일치한다.
• 목록에는 약 2,400개 항성의 위치, BVI 광도 측정, 운동속도, 구성원 확률, 반경속도가 포함되어 있으며, 전체 데이터셋은 천문학 공동체에 공개되었다.
• 결과적으로 지상 기반 CCD 모자이크 관측에서 몇 년의 기준선만으로도 성단 색-등급도를 V ≈ 20까지 청소할 수 있는 정밀도의 천체측위를 얻을 수 있음을 입증하였다.