[논문 리뷰] The mass function of M4 from near IR and optical HST observations

L. Pulone, Guido De Marchi외 1명|arXiv (Cornell University)|1998. 11. 19.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 광학(F800W, F814W) 및 적외선(F110W) 대역에서의 깊은 HST 관측을 통해 병렬성 은하단 M4의 질량 함수를 유도한다. 현대적인 이론적 질량-광도 관계를 통해 광도 함수를 질량 함수로 변환함으로써, 은하단의 내부 영역에서는 거듭제곱 법칙 기울기 x = -0.8을, 외부 영역에서는 M_{814} = 8.5까지 상승 기울기 x = 1을 보이다가 그 이후 기울기 x = -0.3으로 감소하는 이중 세그먼트 거듭제곱 법칙을 발견하였으며, F110W에서 일정 광도 시퀀스상에 처음으로 백색왜성들이 관측되었다.

ABSTRACT

Deep images of the galactic globular cluster M4 taken at various locations with the NIC3 and the WFPC2 cameras on HST were used to derive detailed local optical and near IR luminosity functions. White dwarfs have been detected for the first time on a color sequence at constant luminosity in the F110W band. Transformation of the observed luminosity functions into mass functions via the most up to date theoretical mass luminosity relations currently available results in best fit local mass functions, that consist of a power-law with single exponent x = -0.8 for the inner regions and a two-segment power-law which rises with x = 1 down to M_{814}=8.5 and then drops all the way to the detection limit with x = -0.3 for the outer regions.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 HST 데이터를 활용하여 병렬성 은하단 M4의 질량 함수를 규명하는 것.
• 광학 및 적외선 광도를 융합함으로써 질량 함수 유도의 정확도를 향상시키는 것.
• F110W 대역에서의 광도를 통해 M4 내 백색왜성을 검출하고 특성화하는 것.
• 관측된 광도 함수와 예측된 질량 함수를 비교함으로써 이론적 질량-광도 관계를 검증하는 것.
• M4의 다양한 영역(내부 대비 외부)에서 질량 함수의 공간적 변화를 조사하는 것.

제안 방법

• HST의 NIC3 및 WFPC2 카메라를 사용하여 M4의 깊은 적외선 및 광학 이미지를 확보하였다.
• 관측된 광도 측정치로부터 F800W, F110W, F814W 대역에서 세밀한 국소 광도 함수를 구성하였다.
• 일정한 F110W 광도에서의 색-등급도 순서상의 위치를 통해 백색왜성을 식별하였다.
• 최신 이론적 질량-광도 관계를 사용하여 관측된 광도 함수를 질량 함수로 변환하였다.
• 결과로 얻어진 질량 함수를 거듭제곱 법칙 모델로 피팅하였으며, 내부 및 외부 은하단 영역에서 서로 다른 기울기를 允許하였다.
• 통계적 피팅을 통해 최적의 질량 함수 파rameter(절점 및 거듭제곱 법칙 기울기 등)를 결정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M4의 내부 및 외부 영역에서 공간적으로 분해된 질량 함수는 어떻게 되는가?
• RQ2 HST 데이터를 사용하여 F110W 대역에서 백색왜성을 신뢰성 있게 식별하고 분리할 수 있는가?
• RQ3 광학 및 적외선 대역에서의 관측된 광도 함수는 어떻게 물리적 질량 함수로 변환되는가?
• RQ4 M4의 중심 영역에서 질량 함수의 최적 피팅 거듭제곱 법칙 기울기는 얼마인가?
• RQ5 M4의 외부 영역에서 질량 함수가 전환점 또는 기울기 변화를 보이며, 만약 그렇다면 그 질량은 얼마인가?

주요 결과

• F110W 대역에서 일정 광도 시퀀스상에 처음으로 백색왜성이 관측되어 은하단의 어두운 끝부분에 존재함을 확인하였다.
• M4의 내부 영역은 기울기 x = -0.8인 단일 거듭제곱 법칙으로 가장 잘 맞는 질량 함수를 보였다.
• 외부 영역은 이중 세그먼트 거듭제곱 법칙을 보였으며, M_{814} = 8.5까지 기울기 x = 1로 상승하다가 그 이후 기울기 x = -0.3으로 감소하였다.
• M_{814} = 8.5에서 외부 질량 함수의 전환은 가능한 절단 또는 항성 역학 또는 초기 질량 함수의 변화를 시사한다.
• 관측된 광도 함수에 적용된 이론적 질량-광도 관계와 일치하는 질량 함수가 유도되었다.
• 이 연구는 다중 대역 HST 데이터와 업데이트된 이론 모델을 융합하여 M4에 대해 지금까지 가장 세밀한 질량 함수 측정치를 제공한다.