[論文レビュー] New constraints on the chemical evolution of the solar neighbourhood and Galactic disc(s). Improved astrophysical parameters for the Geneva-Copenhagen Survey

L. Casagrande, Ralph Schönrich+6 more|Scientific Electronic Library Online (São Paulo Research Foundation, Latin American and Caribbean Center on Health Sciences Information, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico)|Mar 23, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 127被引用数 452

ひとこと要約

本研究は、赤外線フラックス法による改良された星の有効温度と、高分解能分光法を用いた金属量の再校正を通じて、ジェネヴァ・チューリッヒサーベイを再分析した。その結果、有効温度スケールは100 K高く、金属量は0.1 dex高くなった。改訂されたデータは太陽が金属量において今や統計的に典型であることを示し、[α/Fe]の最初の光度的代理指標を明らかにした。これにより、太陽系近傍の厚い円盤に、古くややα過剰な星が超太陽金属量まで広がっていることが判明した。

ABSTRACT

We present a re-analysis of the Geneva-Copenhagen survey, which benefits from the infrared flux method to improve the accuracy of the derived stellar effective temperatures and uses the latter to build a consistent and improved metallicity scale. Metallicities are calibrated on high-resolution spectroscopy and checked against four open clusters and a moving group, showing excellent consistency. The new temperature and metallicity scales provide a better match to theoretical isochrones, which are used for a Bayesian analysis of stellar ages. With respect to previous analyses, our stars are on average 100 K hotter and 0.1 dex more metal rich, which shift the peak of the metallicity distribution function around the solar value. From Stromgren photometry we are able to derive for the first time a proxy for alpha elements, which enables us to perform a tentative dissection of the chemical thin and thick disc. We find evidence for the latter being composed of an old, mildly but systematically alpha-enhanced population that extends to super solar metallicities, in agreement with spectroscopic studies. Our revision offers the largest existing kinematically unbiased sample of the solar neighbourhood that contains full information on kinematics, metallicities, and ages and thus provides better constraints on the physical processes relevant in the build-up of the Milky Way disc, enabling a better understanding of the Sun in a Galactic context.

研究の動機と目的

• 赤外線フラックス法を用いて、ジェネヴァ・チューリッヒサーベイにおける星の有効温度の精度を向上させること。
• 高分解能分光法と、開放集団や運動群といった独立したベンチマークを用いて、金属量スケールを再校正すること。
• 一貫した天体物理学的パラメータを備えた、運動学的に偏りのない年齢別分析を太陽系近傍で可能にすること。
• ストルムグレン光度測定法から[α/Fe]の光度的代理指標を導出し、銀河円盤内の化学的サブ構造を調査すること。
• 運動学、金属量、年齢の相関関係を分析することで、円盤内での半径方向移動仮説を検証すること。

提案手法

• 赤外線フラックス法（IRFM）を適用し、有効温度をより正確に導出し、系統的不確実性を約20 Kに低減する。
• 新しい$T_{\mathrm{eff}}$スケールを用いて、約1500個の星の高分解能分光的データと照合して金属量を再校正する。
• 4つの開放集団と1つの運動群を用いて金属量スケールを検証し、[Fe/H]における内在的散乱が0.10 dex未満になるようにする。
• 分光的データと照合されたストルムグレン$uvby$光度測定法を用いて、[α/Fe]の光度的代理指標を導出する。
• 改良されたパラメータを用いてベイズ的等時系列フィッティングを実施し、一貫した年齢、質量、距離を導出する。
• 運動学、金属量、年齢を統合して、化学的・動力学的傾向を調査し、半径方向移動モデルを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤外線フラックス法による改良された有効温度が、ジェネヴァ・チューリッヒサーベイにおける金属量スケールと星の年齢推定にどのように影響を与えるか？
• RQ2 改訂された金属量スケールは、年齢-金属量関係と金属量分布関数における乖離をどの程度解消するか？
• RQ3 ストルムグレン光度測定法は、F型およびG型の主系列星における[α/Fe]の濃度の信頼できる代理指標を提供できるか？これにより、薄い円盤と厚い円盤の光度的分解が可能になるか？
• RQ4 運動学、年齢、金属量の相関関係に基づいて、データは銀河円盤内での半径方向移動にどのような証拠を示しているか？
• RQ5 太陽は依然として金属量において特異な星であるか？それとも、改訂されたスケールにより、太陽系近傍星の典型的な範囲内に位置づけられるか？

主な発見

• 新しい有効温度スケールは、従来の推定値と比較して平均で100 K高いが、主に赤外線フラックス法の校正の改善によるものである。
• 改訂された金属量スケールにより、サンプルの平均金属量は0.1 dex高くなり、金属量分布関数のピークは[M/H] ≈ −0.01 dexにシフトした。
• 太陽は今や金属量において統計的に典型的であると判明し、過去の太陽の金属量過剰仮定が解消された。
• ストルムグレン光度測定法から[α/Fe]の最初の光度的代理指標が成功裏に導出され、薄い円盤と厚い円盤の化学的分解が一時的に可能となった。
• 古くややα過剰な星からなる厚い円盤が、超太陽金属量まで広がっている証拠が得られ、分光的調査と整合的である。
• 古い年齢における金属量分布の拡張と、回転速度-金属量平面における明確なパターンが観測され、円盤進化における半径方向移動のシナリオを支持する。