[논문 리뷰] Photometric and kinematical analysis of Koposov 12 and Koposov 43 open clusters

W. H. Elsanhoury|arXiv (Cornell University)|2021. 03. 25.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 83인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 크로스매치드 PPMXL 및 Gaia DR2 데이터를 사용하여 잘 알려지지 않은 산개성단 Koposov 12 (FSR 802)과 Koposov 43 (FSR 848)의 광도 및 운동학적 분석을 수행한다. 천체역학적 소속도 선별 및 J, H, Ks, G, GBP, GRP 대역에서 이소클론 피팅을 적용하여 저자들은 각각 연령 log(age/yr) = 9.00 ± 0.20 및 9.50 ± 0.20, 거리 1850 ± 43 pc 및 2500 ± 50 pc, 질량 364 ± 19 M☉ 및 352 ± 19 M☉을 도출하였으며, 두 성단이 운동학적으로 안정된 상태임을 확인하였다.

ABSTRACT

We present a photometric and kinematical analysis of two and poorly studied open clusters; Koposov 12 (FSR 802) and Koposov 43 (FSR 848) by using cross-matched data from PPMXL and Gaia DR2 catalog. We use astrometric parameters to identify 285 and 310 cluster members for Koposov 12 and Koposov 43, respectively. Using the extracted member candidates and isochrone fitting to near-infrared (J, H, Ks) and Gaia DR2 bands (G, GBP, GRP), and Color Magnitude Diagrams (CMDs), we have estimated ages: log (age/yr) = 9.00 +/- 0.20 and 9.50 +/- 0.20, and distances d = 1850 +/- 43 pc and 2500 +/- 50 pc for Koposov 12 and Koposov 43, respectively, assuming Solar metallicity (Z=0.019). The estimated masses of the cluster derived using initial mass function and synthetic CMD are 364 +/- 19 M_sun and 352 +/- 19 M_sun. We have also computed their velocity ellipsoid parameters based on (3x3) matrix elements (mu_ij).

연구 동기 및 목표

• 두 잘 알려지지 않은 산개성단인 Koposov 12 (FSR 802)과 Koposov 43 (FSR 848)의 기본 천체물리적 파라미터—연령, 거리, 적색선도, 질량—을 결정하기 위해.
• 크로스매치드 PPMXL 및 Gaia DR2 카탈로그에서 유도된 전체 천체역학 해법(자기운동 및 magnitude 불확실도)을 활용하여 소속도를 향상시키기 위해.
• 이 성단들에 대해 처음으로 이완 시간, 증발 시간, 속도 타원체 파rameters (VEPs)를 포함한 성단의 운동학적 특성을 추정하기 위해.
• 증발 시간과 이완 시간의 비율(τ ≫ 1)을 통해 성단의 운동학적 상태가 평형 상태임을 확인하기 위해.

제안 방법

• PPMXL 카탈로그(기준: J, H, Ks)와 Gaia DR2(기준: G, GBP, GRP)의 천체역학적 및 광도적 데이터를 크로스매치하여 소속도 확률이 50% 이상인 성단 성원을 식별하기 위해.
• 근적외선 및 Gaia 대역에서 색-등급도도(CMDs)를 구성하여 이소클론 피팅을 통해 연령 및 거리 추정을 수행하기 위해.
• 성원 성단의 공간 분포에서 중심과 핵반경(rt)을 결정하기 위해 반경 밀도 프로파일 분석을 수행하기 위해.
• 초기 질량 함수(IMF)와 시뮬레이션 CMDs를 사용하여 총 성단 질량을 추정하기 위해.
• 공간 속도 성분(U, V, W)과 그 분산을 포함한 (3×3) 행렬을 통해 속도 타원체 파rameters(VEPs)를 계산하여 내부 운동학을 분석하기 위해.
• 성단의 운동학적 진화 스케일을 평가하기 위해 도달 시간(Tcross), 이완 시간(Trelax), 증발 시간(τev)과 같은 동역학적 스케일을 계산하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다중 대역 광도 및 천체역학적 소속도를 기반으로 한 Koposov 12와 Koposov 43의 연령, 거리, 적색선도는 무엇인가요?
• RQ2 공간 속도 및 속도 타원체 파rameters(VEPs)를 포함한 운동학적 특성에서 두 성단 간의 차이는 무엇인가요?
• RQ3 증발 시간과 이완 시간의 비율(τ ≫ 1)이 평형 상태를 나타내므로, Koposov 12와 Koposov 43는 운동학적으로 안정된 상태인가요?
• RQ4 이 성단들의 총 질량은 얼마이며, 일반적인 산개성단의 질량과 비교해보면 어떻게 되나요?
• RQ5 τ ≫ 1 비율이 이 성단들의 운동학적 평형 상태를 판단하는 데 있어 어떤 의미를 가지나요?

주요 결과

• J, H, Ks, G, GBP, GRP 대역에서 이소클론 피팅을 통해 Koposov 12 (FSR 802)의 연령은 log(age/yr) = 9.00 ± 0.20으로 추정되었으며, Koposov 43 (FSR 848)는 더 어린 것으로 나타났다. log(age/yr) = 9.50 ± 0.20.
• Koposov 12의 거리는 1850 ± 43 pc, Koposov 43의 거리는 2500 ± 50 pc로, 태양 금속성(Z = 0.019)을 가정한 광도 및 천체역학적 피팅을 통해 유도되었다.
• Koposov 12의 총 질량은 364 ± 19 M☉, Koposov 43의 총 질량은 352 ± 19 M☉로, 초기 질량 함수와 시뮬레이션 CMDs를 사용하여 추정되었다.
• 성단은 τ = 15.38 ± 3.92 (Koposov 12) 및 τ = 36.72 ± 6.06 (Koposov 43)로 계산되어 운동학적으로 안정된 상태임을 보여주었으며, τ ≫ 1은 평형 상태를 확인한다.
• 공간 속도(U, V, W)에서 유도된 속도 타원체 파라미터(VEPs)는 별도의 운동학적 구조를 드러내었으며, Koposov 43는 Koposov 12보다 높은 속도 분산(σV = 496 ± 4.50 km/s)을 보였다. (Koposov 12: σV = 122 ± 9.00 km/s)
• 성단의 핵반경은 각각 Koposov 12에 대해 rt = 9.80 ± 3.13 pc, Koposov 43에 대해 rt = 9.70 ± 3.11 pc였으며, 이완 시간은 각각 65.017 ± 8.06 Myr 및 86.125 ± 9.28 Myr였다.