[논문 리뷰] Dynamical Analysis of Nearby ClustErs. Automated astrometry from the ground: precision proper motions over wide field

H. Bouy, E. Bertin외 6명|arXiv (Cornell University)|2013. 06. 19.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 62인용 수 52

한 줄 요약

이 논문은 CFHT 및 기타 천체망원경의 깊고 다중 에포크 광역 영상 데이터를 활용하여 펠라이아데스 영역의 350만 개 이상의 천체에 대해 정밀한 운동속도를 유도한 DANCe 설문조사를 제시한다. 최대 14년에 걸친 데이터를 조합하고 갈락토외 기준좌표계를 활용함으로써, i ≈ 22.5 등급의 매우 어두운 별들에 대해서도 0.3 마이크로초/년까지의 하위 밀리초/년 정밀도(0.3 mas yr⁻¹ 이하)를 달성하여, 군집 구성원의 정확한 운동학적 식별과 근접한 젊은 연성군집의 천체역학적 분석을 가능하게 한다.

ABSTRACT

The kinematic properties of the different classes of objects in a given association hold important clues about its member's history, and offer a unique opportunity to test the predictions of the various models of stellar formation and evolution. DANCe (standing for Dynamical Analysis of Nearby ClustErs) is a survey program aimed at deriving a comprehensive and homogeneous census of the stellar and substellar content of a number of nearby (<1kpc) young (<500Myr) associations. Whenever possible, members will be identified based on their kinematics properties, ensuring little contamination from background and foreground sources. Otherwise, the dynamics of previously confirmed members will be studied using the proper motion measurements. We present here the method used to derive precise proper motion measurements, using the Pleiades cluster as a test bench. Combining deep wide field multi-epoch panchromatic images obtained at various obervatories over up to 14 years, we derive accurate proper motions for the sources present in the field of the survey. The datasets cover ~80 square degrees, centered around the Seven Sisters. Using new tools, we have computed a catalog of 6116907 unique sources, including proper motion measurements for 3577478 of them. The catalogue covers the magnitude range between i=12~24mag, achieving a proper motion accuracy <1mas/yr for sources as faint as i=22.5mag. We estimate that our final accuracy reaches 0.3mas/yr in the best cases, depending on magnitude, observing history, and the presence of reference extragalactic sources for the anchoring onto the ICRS.

연구 동기 및 목표

• 근접한 젊은 항성 연성군집을 연구하기 위해 광역, 깊은 천체측량 설문조사에서 고정밀도 운동속도를 유도하는 통일된 고정밀도 방법을 개발하기 위해.
• 광학적 설문조사의 한계—예측 불확실한 진화 모델에 의존, 전경/배경 천체에 의한 오염, 겹쳐진 연성군집을 구분할 수 없음—을 운동학적 선택을 통해 극복하기 위해.
• 근접한 별단(1 kpc 이내, 500 Myr 이내)의 항성 및 준항성 대상에 대해 운동속도를 주요 선택 도구로 사용하여 정확한 천체역학적 분석을 가능하게 하기 위해.
• Gaia 임무를 보완하여 Gaia의 감도가 제한되는 준항성 및 고흡광 영역까지 고정밀 천체측량을 확장하기 위해.
• 갈락토외 기준원소를 기반으로 한 ICRS에 기반한 정확하고 자동화된 광역 천체측량 파이프라인을 구축하기 위해.

제안 방법

• 최대 14년의 기간 동안 CFHT/MegaCam 및 기타 천체망원경에서 확보한 다중 에포크, 전광대역 영상 데이터를 조합하여 다수의 에포크에서 천체 위치를 측정한다.
• 고유의 천체측량 파이프라인이 갈락토외 기준원소에 기반한 기준좌표계를 사용하여 소스 탐지, 광도 측정 및 상대 천체측량을 수행함으로써 ICRS에 정렬된 천체측량 해법을 달성한다.
• 파이프라인이 소스 위치의 시간적 변화를 피팅하여 운동속도를 계산하며, 그 불확실성은 magnitude, 신호 대 잡음비, 관측 이력에 따라 달라진다.
• 정교한 캘리브레이션과 안정적인 갈락토외 기준 영역의 사용을 통해 체계적 오차를 최소화함으로써 고정밀도를 달성한다.
• 알고리즘이 잘 알려진 운동학적 성질을 지닌 펠라이아데스 별단에서 검증되었다.
• 최종 카탈로그에는 유일한 소스 6,116,907개가 포함되어 있으며, 그 중 3,577,478개에 대해 운동속도 측정이 이루어졌으며, i = 12에서 24 등급을 커버한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지상 천체망원경에서 자동화된 광역 천체측량이 장기간 기간 동안 어두운 별들(i ≈ 22.5 등급)에 대해 하위 밀리초/년 정밀도의 운동속도를 달성할 수 있는가?
• RQ2 운동속도에 기반한 운동학적 선택이 젊은 항성 연성군집에서 전경 및 배경 천체에 의한 오염을 어느 정도 줄일 수 있는가?
• RQ3 다른 평균 운동을 지닌 별단들인 펠라이아데스, 상위 스토르피우스 등과 같이 공간적으로 겹치는 연성군집들을 운동속도로 얼마나 정확히 구분할 수 있는가?
• RQ4 변동성이 있는 관측 조건을 지닌 깊고 광역의 설문조사에서 갈락토외 기준원소에 기반한 천체측량 정밀도는 어느 정도 달성 가능한가?
• RQ5 이 방법이 광학적 방법이 모호한 경우에 근접한 별단에서 저질량 및 준항성 구성원을 신뢰성 있게 식별할 수 있는가?

주요 결과

• DANCe 설문조사는 펠라이아데스 중심의 80 제곱도에 걸친 영역에서 6,116,907개의 유일한 소스를 포함한 카탈로그를 생성하였으며, 그 중 3,577,478개에 대해 운동속도 측정이 이루어졌다.
• i = 22.5 등급의 어두운 별들에 대해서도 운동속도 정밀도가 1 마이크로초/년 이하에 도달하며, 최상의 경우 0.3 마이크로초/년까지 도달한다.
• 이 방법은 갈락토외 기준원소를 사용하여 천체측량 해법을 ICRS에 정확히 정렬함으로써 체계적 오차를 최소화하였다.
• 설문조사에서는 지상 기반 광역 영상이 밀도가 높은 영역에서 Gaia와 같은 궤도 천체기반 임무와 비교할 만큼 정밀도를 달성할 수 있음을 입증하였다.
• 이 기술은 운동학적 구성원 식별을 강력하게 가능하게 하여, 비구성원과의 횡방향 속도 차이를 활용함으로써 비구성원의 오염을 줄였다.
• 결과적으로 이 방법은 특히 광학적 방법이 실패하는 고흡광 영역이나 준항성 대상에 대해 천체역학적 분석을 위한 강력한 도구로 검증되었다.