[논문 리뷰] uvby-βphotometry of high-velocity and metal-poor stars XI. Ages of halo and old disk stars

W. J. Schuster, A. Moitinho외 3명|arXiv (Cornell University)|2005. 10. 11.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 96인용 수 53

한 줄 요약

이 연구는 1,533개의 고속, 금속 빈도가 낮은 별의 uvby-β 광도 측정을 통해 별의 연대와 은하계 운동학을 유도하여 약 10 및 12.5 Gyr인 두 개의 구분되는 두꺼운 디스크 성분과 평균 연령 13.0 ± 0.2 Gyr인 헬름 인구를 밝혀냈다. 결과는 은하계의 계층적 형성 모델을 지지하며, 별 형성 이벤트가 적재 사건과 연관되어 있으며, WMAP 데이터에 의해 제약된 바에 따르면 빅뱅 이후 0.7 ± 0.3 Gyr 만에 헬름이 형성되었다.

ABSTRACT

New uvby-βdata are provided for 442 high-velocity and metal-poor stars; 90 of these stars have been observed previously by us, and 352 are new. When combined with our previous two photometric catalogues, the data base is now made up of 1533 high-velocity and metal-poor stars, all with uvby-βphotometry and complete kinematic data, such as proper motions and radial velocities taken from the literature. Hipparcos, plus a new photometric calibration for M_v also based on the Hipparcos parallaxes, provide distances for nearly all of these stars; our previous photometric calibrations give values for E(b-y) and [Fe/H]. The [Fe/H],V(rot) diagram allows us to separate these stars into different Galactic stellar population groups, such as old-thin-disk, thick-disk, and halo. The X histogram, where X is our stellar-population discriminator combining V(rot) and [Fe/H], and contour plots for the [Fe/H],V(rot) diagram both indicate two probable components to the thick disk. These population groups and Galactic components are studied in the (b-y)_o,M_v diagram, compared to the isochrones of Bergbusch & VandenBerg (2001), to derive stellar ages. The two thick-disk groups have the mean characteristics: ([Fe/H], V(rot), Age, σ_W') ~ (-0.7 dex, 120 km/s, 12.5 Gyr, 62.0 km/s), and ~(-0.4, 160, 10.0, 45.8). The seven most metal-poor halo groups, -2.31 <= [Fe/H] <= -1.31, show a mean age of 13.0 +/-0.2 (mean error) Gyr, giving a mean difference from the WMAP results for the age of the Universe of 0.7 +/- 0.3 Gyr. These results for the ages and components of the thick disk and for the age of the Galactic halo field stars are discussed in terms of various models and ideas for the formation of galaxies and their stellar populations.

연구 동기 및 목표

• uvby-β 광도 측정과 운동학 데이터를 이용해 헬름과 오래된 디스크 별의 정밀한 연대를 결정하기 위해.
• 연령 및 금속 농도 분포를 통해 은하계 두꺼운 디스크의 구조와 형성 역사를 조사하기 위해.
• WMAP에서 유도된 천체역학적 제약 조건과 비교하여 유도된 별 연령을 바탕으로 계층적 은하 형성 모델을 검증하기 위해.
• [Fe/H], V(rot)도에서 명확한 별 인구 성분을 식별하고 그 운동학적 및 연령 특성을 평가하기 위해.
• 은하계 헬름의 형성 시계열과 우주의 연령 및 제3형 별 형성 연령과의 일관성을 검토하기 위해.

제안 방법

• 기존의 1,091개의 별 데이터베이스에 추가하여 442개의 새로운 고속, 금속 빈도가 낮은 별에 대해 uvby-β 광도 측정을 확보하였다.
• 광도 측정 데이터를 문헌 기반의 라디언 속도 및 자기운동과 융합하여 3차원 운동학을 유도하였다.
• Hipparcos 천문단위 및 새로운 광도 보정을 사용하여 거의 모든 별의 절대 등급과 거리를 유도하였다.
• 광도 보정을 적용하여 (b−y)0 및 β 지표에서 [Fe/H]와 E(b−y)를 결정하였다.
• X 식별자(Fe/H와 V(rot)를 조합)와 [Fe/H], V(rot) 평면에서의 등고선도를 사용하여 별 인구를 맵핑하였다.
• 관측된 (b−y)0, M_V도를 Bergbusch & VandenBerg(2001)의 이소클론과 비교하여 개별 별의 절대 연령을 유도하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 uvby-β 광도 측정을 통해 유도된 은하계 헬름과 오래된 디스크 별의 연령은 무엇인가?
• RQ2 두꺼운 디스크 내에 구분되는 성분이 존재하는가? 그들의 운동학적 및 연령 특성은 무엇인가?
• RQ3 WMAP에 의해 제약된 우주의 연령과 비교할 때, 가장 금속 빈도가 낮은 헬름 별의 유도된 연령은 어떻게 되는가?
• RQ4 [Fe/H], (b−y)0도는 헬름에서의 비연속적 별 형성에 대해 어떤 증거를 제공하는가?
• RQ5 관측된 별 인구 분포는 계층적 은하 형성 모델을 어느 정도 지지하는가?

주요 결과

• 금속 농도가 가장 낮은 헬름 별들, 즉 [Fe/H]가 −2.31에서 −1.31 dex 사이에 있는 별들은 평균 연령 13.0 ± 0.2 Gyr를 가진다.
• 이 평균 헬름 연령은 WMAP로 유도된 우주의 연령보다 뿐만 아니라 0.7 ± 0.3 Gyr 빠르게 형성된 것으로 나타나 조기 형성을 시사한다.
• 두 개의 명확한 두꺼운 디스크 성분이 확인되었으며, 하나는 [Fe/H] ≈ −0.7 dex, V(rot) ≈ 120 km/s, 연령 ≈ 12.5 Gyr이며, 다른 하나는 [Fe/H] ≈ −0.4 dex, V(rot) ≈ 160 km/s, 연령 ≈ 10.0 Gyr이다.
• 두 두꺼운 디스크 성분은 각각 62.0 km/s 및 45.8 km/s의 속도 분산을 보인다.
• [Fe/H], (b−y)0도는 [Fe/H] 범위 −1.5에서 −0.9 dex 사이에 더 파란 별 인구를 보이며, 약 5.5 Gyr 전에 일어난 별 형성 이벤트를 시사할 수 있다. 이는 융합 또는 적재 사건과 관련이 있을 수 있다.
• 헬름과 두꺼운 디스크의 관측된 연령 및 운동학적 구조는 Abadi 등(2003)의 계층적 은하 형성 모델과 일치하며, 8.5, 10.0, 11.5 및 13.0 Gyr에 별 폭발이 일어나도록 예측한다.