[논문 리뷰] The K giant stars from the LAMOST survey data II: the Hercules stream in radial migration

Chao Liu, Xiaohong Chen외 12명|arXiv (Cornell University)|2015. 10. 21.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 2인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 LAMOST DR2 K 거대성 항성들을 활용하여 태양계 근처에서 나이–금속성 하위구조(이하 '좁은 줄무늬')를 식별하고, 이 구조가 내부 디스크(R ~ 4 kpc)에서 유래한 반경 방향 이동과 관련이 있음을 밝혀냈다. 허큘레스 스트림 및 기타 운동 하위구조는 이 이동한 항성군의 운동학적 인장으로 나타나며, 반경 방향 이동 속도는 약 1.1 ± 0.1 kpc Gyr⁻¹이며, 태양계 근처 항성의 약 1/3이 내부 디스크에서 반경 방향으로 이동했으며, 이 과정에서 뚜렷한 디스크 두꺼워짐이 발생하지 않았다.

ABSTRACT

We estimate the age for the individual stars located at the lower part of the red giant branch from the LAMOST DR2 K giant sample. Taking into account the selection effects and the volume completeness, the age--metallicity map for the stars located between 0.3 and 1.5 kpc from the Sun is obtained. A significant substructure (denoted as the \it{narrow stripe}) located from (age, [Fe/H])$\sim$(5, 0.4) to (10 Gyr, -0.4 dex) in the age--metallicity map is clearly identified. Moreover, the \it{narrow stripe} stars are found the dominate contributors to several velocity substructures, including the well-known Hercules stream. The substantially large difference between the observed guiding-center radii and the birth radii inferred from the age--metallicity relation is evident that the \it{narrow stripe} stars have been radially migrated from about R$\sim4$ kpc to the solar neighborhood. This implies that the Hercules stream may not be owe to the resonance associated with the bar, but may be the kinematic imprint of the inner disk and later moved out due to radial migration. We estimate that the traveling speed of the radial migration are roughly 1.1$\pm0.1$ kpc Gyr$^{-1}$, equivalent with about $1.1\pm0.1$ km s$^{-1}$. This is in agreement with the median $v_R$ of $2.6^{+1.8}_{-1.9}$ km s$^{-1}$ of the \it{narrow stripe}. We also obtain that about one third stars in the solar neighborhood are radially migrated from around 4 kpc. Finally, we find that the radial migration does not lead to additional disk thickening according to the distribution of $z_{max}$.

연구 동기 및 목표

• 정밀한 나이와 금속성 추정치를 바탕으로 K 거대성 항성들을 활용하여 태양계 근처에서 관측된 운동 하위구조(예: 허큘레스 스트림)의 기원을 조사하는 것.
• 내부 디스크에서 유래한 반경 방향 이동이 관측된 나이–금속성 관계와 속도 하위구조를 설명할 수 있는지 확인하는 것.
• 수직 이동(지표면 높이 최대값, z_max) 분포를 이용하여 반경 방향 이동이 디스크 구조, 특히 디스크 두께에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 반경 방향 이동 속도와 태양계 근처로 이동한 항성의 비율을 정량화하는 것.

제안 방법

• LAMOST DR2 샘플 내 K 거대성 항성들의 나이는 관측된 파arameter들(Teff, log g, [Fe/H])를 이론적 등온선과 비교하여 추정되었다.
• 선택 효과와 체적 완전성 보정을 통해 태양으로부터 0.3–1.5 kpc 이내의 별들에 대한 신뢰할 수 있는 나이–금속성 관계(AMR)를 구축하였다.
• AMR 내에서 좁은 줄무늬 하위구조를 식별하고, 3차원 속도, 가속 중심 반경 Rg, 이심률, z_max 등의 운동학적 특성을 분석하였다.
• 내부 디스크에서의 반경 방향 금속성 기울기를 가정함으로써 좁은 줄무늬 항성들의 태어난 반경을 추론하였다.
• 관측된 가속 중심 반경(Rg ~ 6 kpc)과 추론된 태어난 반경(R ~ 4 kpc) 및 항성 나이를 비교하여 반경 방향 이동 속도를 추정하였다.
• 좁은 줄무늬와 주 샘플 간의 z_max 분포를 비교하여 디스크 두께에 미치는 영향을 평가하였으며, 유의미한 차이는 없음을 발견하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 태양계 근처에서 관측된 허큘레스 스트림 및 기타 속도 하위구조의 기원은 무엇인가?
• RQ2 관측된 나이–금속성 하위구조(좁은 줄무늬)는 내부 디스크에서 유래한 반경 방향 이동으로 설명될 수 있는가?
• RQ3 좁은 줄무늬에 속한 항성들의 반경 방향 이동 속도는 얼마이며, 운동학적 측정치와 비교해보면 어떠한가?
• RQ4 반경 방향 이동이 z_max 분포를 통해 나타나는 것처럼 추가적인 디스크 두꺼워짐을 초래하는가?
• RQ5 태양계 근처 항성 중 얼마나 많은 비율이 내부 디스크에서 반경 방향으로 이동했는가?

주요 결과

• 나이–금속성 평면에서 좁은 줄무늬 하위구조는 (5 Gyr, 0.4 dex)에서 (10 Gyr, -0.4 dex)까지 연장되며, 오래된 금속 빈도가 낮은 항성과 젊고 금속 농도가 높은 항성의 혼합을 나타낸다.
• 좁은 줄무늬 항성들은 허큘레스 스트림 및 기타 속도 하위구조의 주요 기여자이며, 이는 반경 방향으로 이동한 항성군의 운동학적 인장임을 시사한다.
• 관측된 가속 중심 반경(Rg ~ 6 kpc)은 추론된 태어난 반경(~4 kpc)보다 뚜렷이 크며, 약 2 kpc의 반경 방향 이동을 나타낸다.
• 반경 방향 이동 속도는 1.1 ± 0.1 kpc Gyr⁻¹ (~1.1 ± 0.1 km s⁻¹)로 추정되었으며, 좁은 줄무늬의 중앙값 반경 속도 2.6⁺¹.⁸₋₁.⁹ km s⁻¹와 일치한다.
• 태양계 근처 항성의 약 1/3이 내부 디스크(R ~ 4 kpc)에서 반경 방향으로 이동한 것으로 밝혀졌다.
• 좁은 줄무늬와 주 샘플 간의 z_max 분포에 유의미한 차이가 없음을 발견하여, 반경 방향 이동이 추가적인 디스크 두꺼워짐을 유도하지 않는 것으로 나타났다.