[論文レビュー] MOONS Surveys of the Milky Way and its Satellites

O. A. González, A. Mucciarelli+38 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 13

ひとこと要約

本論文は、VLTの8メートル望遠鏡を用いて近赤外（0.6–1.8 µm）で最大1,000顆の星を同時に高分解能・高信雑比スペクトルを取得するMOONS（多対象二バンド近赤外・可視光スペクトログラフ）サーベイを、のへん銀河およびその衛星に対して実施する。このサーベイは、ごみによる減光の制限を克服することで、銀河の中心核・内側円盤・近接衛星（特に大・小マゼラン雲およびサジタリウスの矮小球状銀河）の最初の包括的化学動力学的マップを生成することを目的としている。これにより、何百万もの星の正確な径速度、金属量、元素比が得られる。

ABSTRACT

The study of resolved stellar populations in the Milky Way and other Local Group galaxies can provide us with a fossil record of their chemo-dynamical and star-formation histories over timescales of many billions of years. In the galactic components and stellar systems of the Milky Way and its satellites, individual stars can be resolved. Therefore, they represent a unique laboratory in which to investigate the details of the processes behind the formation and evolution of the disc and dwarf/irregular galaxies. MOONS at the VLT represents a unique combination of an efficient infrared multi-object spectrograph and a large-aperture 8-m-class telescope which will sample the cool stellar populations of the dense central regions of the Milky Way and its satellites, delivering accurate radial velocities, metallicities, and other chemical abundances for several millions of stars over its lifetime (see Cirasuolo et al., this issue). MOONS will observe up to 1000 targets across a 25-arcminute field of view in the optical and near-infrared (0.6-1.8 micron) simultaneously. A high-resolution (R~19700) setting in the H band has been designed for the accurate determination of stellar abundances such as alpha, light, iron-peak and neutron-capture elements.

研究の動機と目的

• のへん銀河の中心部およびその衛星の、ごみが多く密度の高い領域を観測する既存の分光サーベイの限界を克服すること。
• 高分解能赤外分光法を用いて、銀河の中心核・内側円盤・近接矮小銀河の均質的で大規模な化学動力学的マップを生成すること。
• 正確な星のパラメータと元素比を測定することで、のへん銀河の内側構造（中心核、球状星団、若年埋蔵星団など）の形成と進化を研究すること。
• 特に過去のサーベイでサンプリングが不足していた高減光領域を対象とし、大・小マゼラン雲およびサジタリウスの矮小球状銀河の運動学的・化学的性質を調査すること。
• MOONSデータを基に新しいアストロメトリックカタログを整備し、バーデの窓や核中心領域のような混在した領域での対象選定を改善し、星族の混在を除去すること。

提案手法

• VLTの8メートル望遠鏡に搭載された高スループット多対象分光計MOONSを用い、25アーキセコンドの視野内で最大1,000顆の星を同時に観測する。
• 高分解能モード（HバンドでR ~ 19,700）を用いて、近赤外スペクトルから鉄族元素、アルファ元素、軽元素、中性子捕獲元素の詳細な元素比を測定する。
• 写真測光的診断と分光的診断を組み合わせ、信号対雑音比（SNR ~ 50–100）の高い星の温度、表面重力、径速度を導出する。
• 主たる2つのサーベイを実施する：赤方偏移の強いのへん銀河サーベイ（70夜分）は銀河の内側3 kpcを対象とし、のへん銀河衛星サーベイ（30夜分）は大マゼラン雲（LMC）、小マゼラン雲（SMC）、サジタリウスの矮小球状銀河（Sgr dSph）を対象とする。
• 深さと広域性に優れたモザイク画像（例：LMCでは5×5フィールド、SMCでは3×3フィールド）を用い、中心部、バー構造、拡張した構造（若年星団や明るくない星族を含む）をカバーする。
• 既存のアストロメトリックデータ（Gaia DR4、DECam、LSST）を用いて、特に重要なフィールド（例：バーデの窓、(l,b) = (1.25, –2.65)）の対象選定を整備し、運動ベクトルの除去とTurnoff星の改善された選別を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移の強い中心核およびバー領域を含む、のへん銀河の内側3 kpcの詳細な化学動力学的構造は何か？
• RQ2 内側円盤および中心核の星の運動学的・化学的性質は、位置と金属量に応じてどのように変化するのか？ そしてこれはバーを持つ円盤銀河の形成に何を示唆するのか？
• RQ3 金属量が低い中心核成分の起源と化学的進化歴は何か？ また、内側の球状星団はその形成にどのように寄与しているか？
• RQ4 大・小マゼラン雲およびサジタリウスの矮小球状銀河における運動学的・化学的勾配は何か？ そしてそれらはのへん銀河との過去の相互作用をどのように反映しているか？
• RQ5 高分解能・高SNR赤外分光法は、密集・ごみの多い領域における明るくない・赤方偏移の強い・埋蔵された星族の特徴をどのように改善できるか？

主な発見

• MOONSサーベイにより、のへん銀河の中心核におけるTurnoff星の高分解能分光測定数が10倍に増加し、年齢分布の信頼性ある測定が可能になる。
• LMCおよびSMCの中心領域において、SNR > 50のHバンドで、最初の包括的で均質なサンプルとして、径速度、金属量、元素比（CNOおよびアルファ元素を含む）の測定が可能になる。
• のへん銀河平面全体で50万顆の星を観測し、中心核・内側円盤・球状星団に属する赤巨星および赤クラスター星を含めることで、これまでにない深さと空間的カバー範囲でのへん銀河内側の化学動力学的構造をマッピングする。
• LMCサーベイは116のフィールド（中心部に5×5モザイク、バーに17、明るくない星族に4）をカバーし、中心バーおよび円盤のサブ構造の詳細な運動学的・化学的マッピングを可能にする。
• SMCサーベイは中心部に3×3フィールド、北東拡張部に13フィールドをカバーし、過去にサンプリングが不足していた約2 Gyr以上の古い領域を含むさまざまなサブ構造における化学的・運動学的勾配の調査が可能になる。
• サーベイは、銀河の中心核における年齢-金属量-軌道行動を星ごとの調査を可能にする最初の試みであり、密度が高く外縁部にある領域からの高分解能データを用いて、サジタリウスの矮小球状銀河の最初の信頼性のある金属量分布を提供する。