[논문 리뷰] Na-O anticorrelation and HB. IX. Kinematics of the program clusters. A link between systemic rotation and HB morphology?

M. Bellazzini, A. Bragaglia외 5명|arXiv (Cornell University)|2011. 11. 11.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 84인용 수 65

한 줄 요약

이 연구는 20개의 은하수 고구절에서 1,981颗의 별에 대한 궤도 속도를 분석하여 고구절 운동학과 다중 별 인구 간의 연관성을 조사한다. 속도 분산으로 정규화된 회전 속도(V_rot/σ₀)와 수평가지형태 간에 강한 상관관계가 있음을 발견하여, 체계적 회전이 고구절 형성 및 화학적 풍부화 과정과 관련이 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We use accurate radial velocities for 1981 member stars in 20 Galactic globular clusters, collected within our large survey aimed at the analysis of the Na-O anti-correlation, to study the internal kinematics of the clusters. We performed the first systematic exploration of the possible connections between cluster kinematics and the multiple populations phenomenon in GCs. We did not find any significant correlation between Na abundance and either velocity dispersion or systemic rotation. We searched for systemic rotation in the eight clusters of our sample that lack such analysis from previous works in the literature (NGC2808, NGC5904, NGC6171, NGC6254, NGC6397, NGC6388, NGC6441, and NGC6838). These clusters are found to span a large range of rotational amplitudes, from ~0.0 km/s (NGC6397) to ~13.0 km/s (NGC6441). We found a significant correlation between the ratio of rotational velocity to central velocity dispersion (V_{rot}/sigma_0) and the Horizontal Branch Morphology parameter (B-R)/(B+R+V). V_{rot}/sigma_0 is found to correlate also with metallicity, possibly hinting to a significant role of dissipation in the process of formation of globular clusters. V_{rot} is found to correlate well with (B-R)/(B+R+V), M_V, sigma_0 and [Fe/H]. All these correlations strongly suggest that systemic rotation may be intimately linked with the processes that led to the formation of globular clusters and the stellar populations they host.

연구 동기 및 목표

• 고구절 내부 운동학과 다중 별 인구 현상 간 잠재적 연관성을 조사한다.
• 대규모 분광 조사에서 확보한 복사속도 데이터를 활용해 나(Na) 농도가 속도 분산 또는 체계적 회전과 관련이 있는지 평가한다.
• 이전에 회전 분석을 하지 않은 여덟 개의 고구절에 대해 체계적 회전을 체계적으로 측정한다.
• 운동학적 성질이 화학적 자가풍부화와 관련된 고구절 형성 과정과 관련이 있는지 탐색한다.

제안 방법

• 20개의 은하수 고구절 내 1,981명의 구성성 별에 대해 정확한 복사속도(RVs)를 대규모 분광 조사(Giraffe 및 UVES/VLT)에서 확보하였다.
• 각 고구절에 대해 체계적 회전 진폭(A_rot)과 중심 속도 분산(σ₀)을 결정하기 위해 복사속도 분석을 수행하였다.
• A_rot/σ₀와 수평가지형태, 금속성, 질량, 구조적 성질 등의 다양한 고구절 파라미터 간 통계적 관계를 평가하기 위해 스피어만 순위 상관계수 검정을 적용하였다.
• 수평가지형태의 대리 척도로 (B-R)/(B+R+V) 파라미터를 사용하였으며, 금속성은 [Fe/H]로 표현하였다.
• 통계적 유의성을 향상시키기 위해 파라미터의 선형 조합(LC1 및 LC2)을 시험하였다.
• 반조도 반경 이내의 별을 배제하여 오염을 최소화하고 고도의 구성성 신뢰도를 확보하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고구절 별들 사이에서 나(Na) 농도와 체계적 회전 또는 속도 분산 간에 유의미한 상관관계가 있는가?
• RQ2 이전에 회전 측정이 이루어지지 않은 고구절들은 체계적 회전 패턴을 보이며, 기존의 회전 시스템과 비교해 어떻게 다른가?
• RQ3 회전 속도와 속도 분산의 비율(V_rot/σ₀)은 수평가지형태와 상관관계가 있는가?
• RQ4 A_rot 또는 A_rot/σ₀와 같은 운동학적 성질은 고구절의 금속성, 질량 또는 구조적 파라미터와 관련이 있는가?
• RQ5 관측된 상관관계는 고구절 운동학과 다중 별 인구를 초래한 형성 과정 간의 물리적 연결을 시사하는가?

주요 결과

• 나(Na) 농도와 속도 분산 또는 체계적 회전 간에 유의미한 상관관계가 없음을 발견하여, 나(Na)는 이 고구절들에서 운동학적 하위구조의 추적자로 기능하지 않는다는 것을 시사한다.
• 여덟 개의 고구절(NGC2808, NGC5904, NGC6171, NGC6254, NGC6397, NGC6388, NGC6441, NGC6838)에서 회전 진폭이 약 ~0.0 km s⁻¹(NGC6397)에서 ~13.0 km s⁻¹(NGC6441) 사이로 측정되었다.
• V_rot/σ₀와 수평가지형태 파라미터 (B-R)/(B+R+V) 사이에 강한 음성 상관관계(Spearman r = -0.769, p = 2×10⁻⁵)를 발견하여, 더 극단적인 수평가지형태가 더 높은 회전 지지와 관련이 있음을 시사한다.
• 비율 V_rot/σ₀는 금속성([Fe/H])과도 유의미한 양성 상관관계를 보였으며, 이는 고구절 형성 과정에서 소산의 가능성이 작용했음을 시사한다.
• 회전 속도 A_rot는 (B-R)/(B+R+V), M_V, σ₀ 및 [Fe/H]와 유의미하게 상관관계가 있었으며, 모든 경우 p-값 ≤ 0.007이었다.
• 선형 조합 LC1 = (B-R)/(B+R+V) + 0.47M_V 및 LC2 = M_V - 1.73[Fe/H]는 A_rot와 각각 매우 강한 상관관계(r = -0.888 및 -0.811, 각각 p < 2×10⁻⁶)를 보였으며, 운동학-형태 연관성의 강력함을 입증한다.