[論文レビュー] Properties of the Milky Way's Old Populations Based on Photometric Metallicities of the OGLE RR Lyrae Stars

P. Pietrukowicz, A. Udalski+12 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、91,000個のOGLE RR Lyrae星の光度的金属量を用いて、銀河の古い星族が、それぞれ[Fe/H]_J95 ≈ −1.2、−1.0、−0.6 dexの金属量ピークを示す、3つの明確な構成要素（ホール、バルジ、ディスク）から成り立っていることを明らかにした。また、バルジに属するRR Lyrae星のおよそ1/3がホールの混入星であることが判明し、ホールが矮星銀河の吸収によって形成されたという仮説を支持する。

ABSTRACT

We have used photometric data on almost 91 000 fundamental-mode RR Lyrae stars (type RRab) detected by the OGLE survey to investigate properties of old populations in the Milky Way. Based on their metallicity distributions, we demonstrate that the Galaxy is built from three distinct old components: halo, bulge, and disk. The distributions reach their maxima at approximately [Fe/H]_J95 = -1.2, -1.0, and -0.6 dex on the Jurcsik's metallicity scale, respectively. We find that, very likely, the entire halo is formed from infalling dwarf galaxies. It is evident that halo stars penetrate the inner regions of the Galactic bulge. We estimate that about one-third of all RR Lyr stars within the bulge area belong in fact to the halo population. The whole old bulge is dominated by two populations, A and B, represented by a double sequence in the period-amplitude (Bailey) diagram. The boundary in iron abundance between the halo and the disk population is at about [Fe/H]_J95 = -0.8 dex. Using Gaia DR2 for RRab stars in the disk area, we show that the observed dispersion of proper motions along the Galactic latitude decreases smoothly with the increasing metal content excluding a bump around [Fe/H]_J95 = -1.0 dex.

研究の動機と目的

• 大規模で均一なRR Lyrae星のサンプルを用いて、銀河の古い星族の化学的・運動学的構造を特徴づけること。
• 光度的金属量に基づいて、古い構成要素（ホール、バルジ、ディスク）の数と金属量分布を特定すること。
• ホールの起源を検証し、その金属量分布が吸収された矮星銀河のものと一致するかを調査すること。
• 特に複数の星族が存在する可能性があるとして、ディスクおよびバルジにおけるRR Lyrae星の空間的分布と運動学的性質を評価すること。
• 大規模な銀河構造研究において、周期と光曲線形状からの光度的金属量の使用が妥当であるかを検証すること。

提案手法

• RRab星の光度的金属量は、Jurcsik & Kovács (1996)の手法に基づき、脈動周期と光曲線形状から導出された。
• 分析には、銀河バルジ/ディスク領域で2750 deg²、大マゼラン雲系で765 deg²をカバーするOGLE調査の91,000個のRRab星のサンプルが使用された。
• 外部システム由来の汚染物を除外するため、球状星団および矮星銀河系のカタログと照合された。
• 金属量分布は、銀河バルジ、ディスク、ホール領域で分析され、明確な星族の識別がなされた。
• proper motion分散はGaia DR2データから測定され、金属量と相関させることで運動学的構造が推定された。
• 混合実験として、LMC、SMC、Sgr dSphのRR Lyrae星群を組み合わせ、ホールの金属量分布を模擬した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RR Lyrae星を用いて明らかにされた、銀河の古い星族（ホール、バルジ、ディスク）の明確な金属量分布はそれぞれどのようなものか？
• RQ2 ホールの星が、銀河のバルジにおけるRR Lyrae星の集団にどの程度寄与しているか？
• RQ3 銀河のホールの金属量分布は、吸収された矮星銀河のものと一致するか？
• RQ4 以前の小規模な調査が示唆したように、ディスク星族に複数の運動学的または化学的成分が存在するか？
• RQ5 ディスクにおける、銀経度に沿ったproper motionの分散は金属量とともにどのように変化するか？この傾向は、古いディスクの構造にどのような含意をもたらすか？

主な発見

• 銀河の古い星族は、ホール、バルジ、ディスクという3つの明確な構成要素から成り立っており、それぞれの金属量ピークは[Fe/H]_J95 ≈ −1.2、−1.0、−0.6 dexである。
• 中心から20°以内のバルジ領域では、RR Lyrae星のおよそ1/3がホール星に属し、中心から10°以内では1/4に減少する。
• ホールの金属量分布は、LMC、SMC、Sgr dSphの星群の重ね合わせと一致しており、ホールが吸収された矮星銀河によって形成されたという仮説を支持する。
• ディスク星族は、[Fe/H]_J95 ≈ −1.2 dex（ホール）および−0.6 dex（ディスク）の2つのピークを示す二峰性の金属量分布を示しており、2つの明確な成分が存在することを示している。
• ディスクでは、latitudinal proper motionの分散が金属量が高くなるにつれて滑らかに減少するが、[Fe/H]_J95 ≈ −1.0 dexの付近にわずかな隆起が観測され、その金属量で運動学的異常が生じている可能性を示唆している。
• RR Lyrae星の空間的分布には、湾曲や顕著な非対称性は覀められず、対称的で薄い古いディスクであり、金属量で識別された2つの成分以外に、複数のディスク成分の証拠は見当たらない。