[論文レビュー] Chemical enrichment and star formation in the Milky Way disk; II. Star formation history

H. J. Rocha–Pinto, John Scalo+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 26

ひとこと要約

本研究は、552個の後期型矮星のクロモスフィア的年齢を用いて、体積、進化、尺度高さ補正を施した上で、太陽付近における銀河系の星形成歴（SFH）を再構築した。統計的証拠（98％信頼水準）により、星形成が一定でないことが示され、0–1、2–5、7–9ギガ年以前に星形成の増強期が存在することが判明し、星形成が一定であるという仮定に反する。

ABSTRACT

A chromospheric age distribution of 552 late-type dwarfs is transformed into a star formation history by the application of scale height corrections, stellar evolutionary corrections and volume corrections. We show that the disk of our Galaxy has experienced enhanced episodes of star formation at 0-1 Gyr, 2-5 Gyr and 7-9 Gyr ago, although the reality of the latter burst is still uncertain. The star sample birthsites are distributed over a very large range of distances because of orbital diffusion, and so give an estimate of the global star formation rate. These results are compared with the metal-enrichment rate, given by the age-metallicity relation, with the expected epochs of close encounters between our Galaxy and the Magellanic Clouds, and with previous determinations of the star formation history. Simulations are used to examine the age-dependent smearing of the star formation history due to age uncertainties, and the broadening of the recovered features, as well as to measure the probability level that the history derived to be produced by statistical fluctuations of a constant star formation history. We show with more than 98% level of confidence that the the star formation of our Galaxy was not constant.

研究の動機と目的

• 太陽付近における銀河系ディスクが、星形成歴（SFH）が一定か、それともバースト的であるかを特定すること。
• 星の年齢分布における観測バイアス（体積、進化、尺度高さ効果）を補正すること。
• シミュレーションを用いて、観測されたSFHの特徴が定常なSFHからの統計的ゆらぎに起因する可能性を統計的に有意性を検証すること。
• 導出されたSFHを、年齢–金属量関係（AMR）、大・小マゼラン雲との接近時期、および他の独立したSFH推定値と比較すること。
• 年齢測定の不確実性およびキャリブレーションの不確実性に対して、SFH再構築の頑健性を評価すること。

提案手法

• 552個の後期型矮星の年齢を、クロモスフィアのCa II HおよびK線誘導放射のインデックスを用いて導出し、光度インデックスに及ぼすクロモスフィア活性の影響を補正した。
• 体積補正として、各星を距離の逆立立方（d⁻³）で重み付けした。ここでdは、星が明るさ限界（約8.3等）に留まる最大距離である。
• 進化補正を施し、星が主系列から離脱する影響を考慮し、年齢推定値が初期の形成時刻を正しく反映するようにした。
• ホルムバーグのデータから得られた星のスケール長を用いて、サンプルにおける垂直分布バイアスを補正するための尺度高さ補正を実施した。
• モンテカルロ・シミュレーションを用いて、年齢不確実性がSFHの滑らかさに与える影響を評価し、観測された特徴が定常なSFHからの統計的ゆらぎに起因する確率を計算した。
• 導出されたSFHを、論文Iの年齢–金属量関係（AMR）および、大・小マゼラン雲の接近時期などの外部制約と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽付近における銀河系の星形成歴（SFH）は、一定の割合に従うものと一致するのか、それとも顕著なバーストが存在するのか？
• RQ2 体積、進化、尺度高さといった観測バイアスが、星の年齢分布からの星形成歴再構築にどのように影響を与えるか？
• RQ3 観測された星形成特徴の統計的有意性は何か？ また、それらが定常なSFHからのランダムゆらぎに起因する可能性はどの程度か？
• RQ4 導出された星形成歴と観測された年齢–金属量関係（AMR）との間に相関があるか？
• RQ5 観測されたSFH特徴は、過去の大・小マゼラン雲との相互作用に起因している可能性があるか？

主な発見

• 星形成歴には、少なくとも3つの明確な星形成の増強期が存在する：0–1ギガ年以前、2–5ギガ年以前、7–9ギガ年以前。ただし、7–9ギガ年以前の時期はやや不確かである。
• 観測されたSFH特徴が定常なSFHからの統計的ゆらぎに起因する確率は2％未満であり、SFHが一定でないという結論には98％以上の信頼水準が与えられる。
• 導出された星形成歴と年齢–金属量関係（AMR）との間に顕著な相関は認められなかったが、これは金属量および年齢測定の誤差に起因する可能性がある。
• シミュレーションの結果、年齢不確実性がSFHを著しくなめらかにし、特に1–2ギガ年以前の静穏期のような若い特徴の解像度に顕著な影響を与えることが判明した。
• 他の手法（色−等級図の逆問題解法など）を用いた独立したSFH推定と一致しており、バースト的SFHの可能性を強化する証拠となった。
• 複数の独立した手法からの結果の一致を踏まえると、複雑な星形成歴が、複雑なクロモスフィア活性–年齢関係よりもより妥当であると考えられる。