[논문 리뷰] Vertical distribution of Galactic disk stars I - Kinematics and metallicity

C. Soubiran, O. Bienaymé외 1명|ArXiv.org|2002. 10. 29.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 26인용 수 162

한 줄 요약

이 연구는 하이에르-프로방스 관측소의 ELODIE를 사용하여 북천구극편 영역의 약 400개의 빨간 클럽 원반성우에 대한 고해상도 스펙트로스코픽 조사 결과를 제시한다. 이는 정밀한 운동학, 금속성 및 거리 추정을 가능하게 한다. 오래된 얇은 디스크와 두꺼운 디스크 성우를 분리 분석하여, 두꺼운 디스크는 $-51 \pm 5\ \mathrm{km\,s^{-1}}$ 의 중간 정도의 회전 지연, 높은 속도 분산($\sigma_U = 63 \pm 6$, $\sigma_V = 39 \pm 4$, $\sigma_W = 39 \pm 4\ \mathrm{km\,s^{-1}}$), 평균 금속성 [Fe/H] = $-0.48 \pm 0.05$, 그리고 지역 정규화 15% $\pm$ 7% 를 보이며, 이는 이전에 생각했던 것보다 두꺼운 디스크 비율이 더 높다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

Nearly 400 Tycho-2 stars have been observed in a 720 square degree field in the direction of the North Galactic Pole with the high resolution echelle spectrograph ELODIE. Absolute magnitudes, effective temperatures, gravities and metallicities have been estimated, as well as distances and 3D velocities. Most of these stars are clump giants and span typical distances from 200pc to 800pc to the galactic mid-plane. This new sample, free of any kinematical and metallicity bias, is used to investigate the vertical distribution of disk stars. The old thin disk and thick disk populations are deconvolved from the velocity-metallicity distribution of the sample and their parameters are determined. The thick disk is found to have a moderate rotational lag of -51+-5 km/s with respect to the Sun with velocity ellipsoid (sigma_U, sigma_V, sigma_W)=(63+-6, 39+-4, 39+-4) km/s, mean metallicity of [Fe/H]=-0.48+-0.05 and a high local normalization of 15+-7%. Combining this NGP sample with a local sample of giant stars from the Hipparcos catalogue, the orientation of the velocity ellipsoid is investigated as a function of distance to the plane and metallicity. We find no vertex deviation for old stars, consistent with an axisymmetric Galaxy. Paper II is devoted to the dynamical analysis of the sample, puting new constraints on the vertical force perpendicular to the galactic plane and on the total mass density in the galactic plane.

연구 동기 및 목표

• 은하 평면으로부터 최대 800 pc까지 확장된, 편향이 없고 고정밀도의 디스크 성우 샘플을 확보하여 그 운동학적 및 금속성 분포를 연구한다.
• 비정보적 혼합 모델을 사용하여 운동학적 및 금속성 분포를 기반으로 오래된 얇은 디스크와 두꺼운 디스크 성우를 분리 분석한다.
• 이전 연구들에 비해 향상된 정확도로 두꺼운 디스크의 운동학적 파rameters, 금속성 및 상대적 정규화를 결정한다.
• 은하 디스크의 축대칭성 여부를 검증하기 위해, 평면 위의 고도 및 금속성에 따라 속도 탄성체의 방향을 연구한다.
• 제2편의 역학 분석 기초를 제공하며, 은하 평면에서의 수직력 및 질량 밀도 제약 조건을 포함한다.

제안 방법

• 북천구극편을 향한 720 제곱도의 영역에서 ELODIE 기구를 사용한 고해상도 에클레 스펙트로스코피를 통해 적색 이동 속도, 효율 온도, 중력 및 금속성을 확보한다.
• 관측 스펙트럼을 기반으로 한 실측 스펙트럼 라이브러리를 교차상관하여 대기 파aram터와 절대 등급을 추정하는 TGMET 소프트웨어의 사용.
• 절대 등급 추정을 통한 거리 결정으로, 400 pc 거리에 있는 별들에 대해 일반적으로 18%의 정확도를 달성한다.
• 비정보적 가우시안 혼합 모델을 적용하여 운동학적 및 금속성 분포를 기반으로 얇은 디스크와 두꺼운 디스크 성우를 분리한다.
• NGP 샘플과 지역 히파르코스 샘플의 원반성우를 조합하여, 금속성 및 평면에서의 거리에 따라 속도 탄성체의 정점 편이를 연구한다.
• 유럽우주국의 베산송 은하 모델 시뮬레이션과 관측 분포를 비교하여 유도된 디스크 파aram터의 타당성을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 균일하고 편향이 없는 빨간 클럽 원반성우 샘플을 기반으로, 태양계 근처의 두꺼운 디스크 성우의 정밀한 운동학적 및 금속성 파aram터는 무엇인가?
• RQ2 속도 탄성체의 방향은 은하 평면 위의 고도 및 금속성에 따라 어떻게 변화하는가? 이는 은하 디스크의 축대칭성에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 두꺼운 디스크의 지역 정규화는 얇은 디스크에 비해 얼마이며, 이는 이전의 추정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 관측된 운동학적 및 금속성 분포는 중간 정도의 두꺼운 디스크 모델이 더 잘 설명하는가, 아니면 더 극단적인 모델이 더 적합한가? 이는 형성 이론과 어떻게 관련되는가?
• RQ5 색깔과 등급 자르기 기준이 빨간 클럽 원반성우를 효과적으로 분리하는 데 얼마나 효과적인가? 그리고 주로 난쟁이성우나 주진보성우의 오염은 어느 정도 남아 있는가?

주요 결과

• 두꺼운 디스크는 태양에 비해 $-51 \pm 5\ \mathrm{km\,s^{-1}}$ 의 회전 지연를 보이며, 국지 표준 운동보다 느리게 도는 것으로 나타났다.
• 두꺼운 디스크의 속도 분산 텐서는 $\sigma_U = 63 \pm 6$, $\sigma_V = 39 \pm 4$, $\sigma_W = 39 \pm 4\ \mathrm{km\,s^{-1}}$ 로, 운동학적으로 뜨거운 성우 집단임을 시사한다.
• 두꺼운 디스크의 평균 금속성은 [Fe/H] = $-0.48 \pm 0.05$ 로, 이전 추정치의 금속성 높은 쪽에 위치한다.
• 지역 정규화는 15% $\pm$ 7% 로 측정되었으며, 이는 이전 연구에서 일반적으로 가정된 2–7% 보다 뚜렷하게 높다.
• 얇은 디스크의 파aram터에 대해 평면 위의 수직 기울기는 관측되지 않았으며, 이는 샘플링된 고도 범위 내에서 운동학적 성질이 일관됨을 나타낸다.
• 저금속성(노령) 성우 집단의 정점 편이는 0에 가까우며, 이는 은하 디스크의 축대칭성 가정을 지지한다. 반면 고금속성 샘플은 약간의 양의 편이를 보였다.