[논문 리뷰] The ACS Survey of Galactic Globular Clusters. XII. Photometric Binaries along the Main-Sequence

A. P. Milone, G. Piotto외 16명|arXiv (Cornell University)|2011. 11. 02.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 93인용 수 209

한 줄 요약

이 연구는 글로벌 클러스터 트러스트 프로젝트에서 확보한 허블 우주望遠경/ACS 데이터를 활용하여 59개의 은하계 군집성 병행성 은하계 군집의 주계열에서 광학적 쌍성계를 분석한다. 연구 결과, 이질적 이질성은 필드에서 관측된 것보다 유의미하게 낮으며, 이는 더 중앙에 집중되어 있으며, 질량비 분포는 q > 0.5에서 평탄하며, 이는 군집의 절대 빛의도(질량)와의 유의미한 반비례 관계를 보인다.

ABSTRACT

The fraction of binary stars is an important ingredient to interpret globular cluster dynamical evolution and their stellar population. We investigate the properties of main-sequence binaries measured in a uniform photometric sample of 59 Galactic globular clusters that were observed by HST WFC/ACS as a part of the Globular Cluster Treasury project. We measured the fraction of binaries and the distribution of mass-ratio as a function of radial location within the cluster, from the central core to beyond the half-mass radius. We studied the radial distribution of binary stars, and the distribution of stellar mass ratios. We investigated monovariate relations between the fraction of binaries and the main parameters of their host clusters. We found that in nearly all the clusters, the total fraction of binaries is significantly smaller than the fraction of binaries in the field, with a few exceptions only. Binary stars are significantly more centrally concentrated than single MS stars in most of the clusters studied in this paper. The distribution of the mass ratio is generally flat (for mass-ratio parameter q>0.5). We found a significant anti-correlation between the binary fraction in a cluster and its absolute luminosity (mass). Some, less significant correlation with the collisional parameter, the central stellar density, and the central velocity dispersion are present. There is no statistically significant relation between the binary fraction and other cluster parameters. We confirm the correlation between the binary fraction and the fraction of blue stragglers in the cluster.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 광학 측정을 통해 은하계 군집성 병행성의 반경 분포를 측정한다.
• 쌍성계의 질량비 분포를 결정하고, 군집 환경에 따른 영향을 평가한다.
• 쌍성계 비율과 빛의도, 중심 밀도, 속도 분산과 같은 주요 군집 매개변수 간의 상관관계를 조사한다.
• 가짜 CMD를 활용하여 측정 방법의 체계적 편향에 대한 강건성을 검증한다.
• 쌍성계 비율과 군집 내 블루 스트래글러의 존재 간의 연관성을 탐색한다.

제안 방법

• 59개의 은하계 군집성에 대해 글로벌 클러스터 트러스트 프로젝트에서 확보한 고해상도 허블 우주망원경/고급 카메라(지구-우주망원경/ACS) 광학 측정 데이터를 활용하였다.
• F606W 및 F814W 필터를 사용하여 색-등급도도(CMD)에서 주계열의 기준선에서 벗어난 별을 쌍성계로 식별하였다.
• 군집 중심에서 반지름의 반경 범위에 걸쳐 이격된 이격 범위를 측정하여 공간적 집중도를 평가하였다.
• 주계열 전환점에서의 등급 이격에 따라 이격 범위를 기반으로 질량비 분포를 구성하였다.
• 측정 방법의 체계적 편향을 검증하기 위해 알려진 쌍성계 비율과 질량비를 가진 가짜 CMD의 광범위한 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하였다.
• q > 0.5인 경우 총 비율에 대해 등급 범위에 따라 정규화된 쌍성계 비율을 산정하여 다중 군집 간 비교 및 결과의 강건성을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하계 군집성의 주계열 쌍성계의 반경 분포는 어떻게 되며, 단일 별과 비교해 볼 때 어떻게 다를까?
• RQ2 이 군집 내 쌍성계의 본질적 질량비 분포(q)는 무엇이며, q > 0.5에서 평탄한 분포와 일치하는가?
• RQ3 쌍성계 비율과 절대 빛의도, 중심 밀도, 속도 분산과 같은 군집 매개변수 간에 유의미한 상관관계가 있는가?
• RQ4 측정된 쌍성계 비율은 필드에서의 비율과 어떻게 비교되며, 이는 군집의 동역학적 진화에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 쌍성계 비율과 군집 내 블루 스트래글러 비율 간에 측정 가능한 관계가 있는가?

주요 결과

• 幾乎 모든 군집에서 총 쌍성계 비율이 필드보다 유의미하게 낮으며, 몇몇 예외를 제외하고는 그렇다.
• 대부분의 군집에서 쌍성계는 단일 주계열 별보다 더 중심에 집중되어 있으며, 이는 동역학적 분리의 증거이다.
• 질량비 분포는 일반적으로 q > 0.5에서 평탄하며, 관측 범위 내에서 질량비의 균일한 분포와 일치한다.
• 쌍성계 비율과 군집의 절대 빛의도(질량) 사이에 유의미한 반비례 관계가 존재하며, 질량이 큰 군집일수록 쌍성계 비율이 낮다.
• 충돌 매개변수, 중심 항성 밀도, 중심 속도 분산과의 약한 상관관계가 관측되나, 유의미한 정도는 아니다.
• 금속성 또는 연령과 같은 다른 군집 매개변수와의 쌍성계 비율 간에 통계적으로 유의미한 상관관계는 발견되지 않았다.
• 연구는 쌍성계 비율과 블루 스트래글러 비율 간에 유의미한 상관관계를 확인하였으며, 이는 쌍성계 상호작용이 BSS 형성에 기여한다는 것을 뒷받침한다.