[논문 리뷰] Star counts in the Galaxy. Simulating from very deep to very shallow photometric surveys with the TRILEGAL code

L. Girardi, M. A. T. Groenewegen외 2명|ArXiv.org|2005. 04. 02.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 54인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 별의 광도를 은하 전체에 걸쳐 시뮬레이션할 수 있는 유연한 인구 합성 코드인 TRILEGAL을 제시한다. 이 코드는 완전한 진화 궤적과 스펙트럼 라이브러리를 사용하여 광학/적외선 광도계를 모델링한다. 단일 校정을 통해 매우 깊은 (CDFS, R=16–23)에서 浅은 (Hipparcos, V<8)까지의 별 수를 성공적으로 재현한다. 유일한 예외는 은하 중심과 은하면 근처이다.

ABSTRACT

We describe TRILEGAL, a new populations synthesis code for simulating the stellar photometry of any Galaxy field. The code attempts to improve upon several technical aspects of star count models, by: dealing with very complete input libraries of evolutionary tracks; using a stellar spectral library to simulate the photometry in any broad-band system; being very versatile allowing easy changes in the input libraries and in the description of all of its ingredients -- like the SFR, AMR, IMF, and geometry of Galaxy components. In a previous paper (Groenewegen et al. 2002), the code was first applied to describe the very deep star counts of the CDFS stellar catalogue. Here, we briefly describe its initial calibration using EIS-deep and DMS star counts, which are adequate samples to probe both the halo and the disc components of largest scale heights (oldest ages). We then present the changes in the calibration that were necessary to cope with some improvements in the model input data, and the use of more extensive photometry datasets: the relatively shallower 2MASS catalogue, which probes mostly the disc at intermediate ages, and the immediate solar neighbourhood as sampled by Hipparcos, which contains a somewhat larger fraction of younger stars than deeper surveys. Remarkably, the same model calibration can reproduce well the star counts in all the above-mentioned data sets, that span from the very deep magnitudes of CDFS (16

연구 동기 및 목표

• 넓은 범위의 은하 영역과 광도계에서 별 광도계를 시뮬레이션할 수 있는 자기 일관성 있고 민감한 인구 합성 코드를 개발하기 위해.
• 기존의 스케일 높이와 밝기 함수에 대한 임의의 가정을 제거하고 물리적으로 타당한 연속적인 진화 궤적을 사용하여 전통적인 별 수 모델을 향상시키기 위해.
• 다양한 깊이와 영역의 데이터(예: EIS-deep, DMS, 2MASS, Hipparcos)를 사용하여 모델을 校정함으로써, 다양한 별 인구와 설문 조사 깊이 간의 일관성을 확보하기 위해.
• 향후 광역 광학/적외선 설문 조사에 대비하여 TRILEGAL을 활용할 수 있도록, 변화하는 별 진화 모델과 광도계 시스템과의 호환성을 보장하기 위해.

제안 방법

• TRILEGAL은 별 진화 궤적, 대기 모델, 그리고 자기 일관성 있는 스펙트럼 라이브러리를 통합하는 모듈식 프레임워크를 사용하여 어떤 광대역 시스템에서도 광도계를 계산한다.
• 기본적인 별 통계 방정식(식 1)을 적용하여, 별의 수를 등급, 은하 좌표, 거리의 함수로 계산하며, 별 밀도 프로파일(디스크, 허브, 볼지), 그리고 흡수를 포함한다.
• 사용자가 별 형성률(SFR), 연령-금성도 관계(AMR), 초기 질량 함수(IMF), 그리고 은하 구성 요소의 기하학적 구조를 수정할 수 있는 민감한 입력 시스템을 제공한다.
• 등기수선에서 핵심 질량, 외층 질량, 표면 조성의 연속성을 강제함으로써 물리적 일관성을 확보하고, 임의의 조정을 피한다.
• 고품질의 다중 파장 데이터(EIS-deep, DMS, 2MASS, Hipparcos)를 사용하여 모델을 校정하고, 관측된 별 수와 일치시키기 위해 반복적인 개선을 수행한다.
• 통합된 스펙트럼 라이브러리와 흡수 계수 계산을 통해 UBVRI, JHK, SDSS, 2MASS, HST 기구 등 거의 모든 광도계 시스템을 지원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일의 물리적으로 일관된 인구 합성 모델이 매우 깊은 (CDFS, R=16–23)에서 얕은 (Hipparcos, V<8)까지의 설문 조사 깊이 간에 별 수를 재현할 수 있는가?
• RQ2 진화 궤적과 스펙트럼 합성 기반의 모델이 별 수 모델링에서 스케일 높이와 밝기 함수에 대한 임의의 가정을 얼마나 잘 대체할 수 있는가?
• RQ3 TRILEGAL은 히파르코스 목록의 절대 등급 대 색깔 다이어그램을 얼마나 잘 재현하는가? 이 목록에는 더 어린 별의 비율이 높다.
• RQ4 왜 심지어 큰 편차가 은하 중심과 은하면 근처에서만 발생하며, 한 개의 남쪽 천구극 데이터 세트에서만 발생하는가?
• RQ5 다양한 광도계 시스템과 설문 조사 깊이 간에 동일한 校정을 사용하여 파rameter를 재조정 없이 적용할 수 있는가?

주요 결과

• TRILEGAL은 R=16에서 V=8까지의 동적 범위에서 별 수를 성공적으로 재현한다. 깊은 설문 조사(CDFS)에서 얕은 설문 조사(Hipparcos)에 이르기까지이며, 유일한 예외는 은하 중심과 은하면 근처에서 50% 이상의 편차가 발생한다.
• 모델의 校정은 히파르코스 목록의 절대 등급 대 색깔 다이어그램을 성공적으로 재현한다. 이 목록은 더 어린 별의 비율이 높기 때문에 이를 고려한 것이다.
• 동일한 모델 校정이 2MASS, SDSS, EIS, HST 기구 등 여러 광도계 시스템에서 작동하여 광범위한 적용 가능성을 보여준다.
• 모델는 모든 진화된 별(예: 거대행 星)에 대해 큰 스케일 높이를 할당하는 것은 물리적으로 잘못된 것으로 밝혀내었으며, 많은 별들이 2 Gyr 미만의 어린 별이기 때문에 이는 이전의 가정과 모순된다.
• 심각한 편차는 봉우리나 디스크 오염이 강한 영역(은하 중심/면)과 한 개의 이상한 남쪽 천구극 데이터 세트에서만 발생하며, 이는 고밀도 영역에서의 모델 한계를 시사한다.
• 코드의 유연성 덕분에 향후 개선된 별 진화 궤적(Marigo et al. 2003 등)과 새로운 광도계 시스템을 신속히 통합할 수 있어, 향후 광역 설문 조사에 대한 장기적 관련성을 유지할 수 있다.