[论文解读] Reddening and metallicity maps of the Milky Way bulge from VVV and 2MASS III. The first global photometric metallicity map of the Galactic bulge

O. A. González, M. Rejkuba+4 more|Americanae (AECID Library)|Feb 1, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 86被引用 59

一句话总结

本研究利用VVV和2MASS数据，首次绘制了银河系银晕的全球光度金属丰度图，通过在球状星团脊线上的插值方法推导出红巨星分支恒星的金属丰度。结果揭示出约0.04 dex/度的强垂直金属丰度梯度，其中金属丰度较高的恒星（[Fe/H] ~ 0）在银道面附近占主导地位，而金属丰度较低的恒星则位于更高的标高处，支持了通过缓慢演化和棒失稳不稳定性形成盒状银晕的形成机制。

ABSTRACT

We investigate the large scale metallicity distribution in the Galactic bulge, using a large spatial coverage, in order to constrain the bulge formation scenario. We use the VISTA variables in the Via Lactea (VVV) survey data and 2MASS photometry, covering 320 sqdeg of the Galactic bulge, to derive photometric metallicities by interpolating of the (J-Ks)0 colors of individual Red Giant Branch stars based on a set of globular cluster ridge lines. We then use this information to construct the first global metallicity map of the bulge with a resolution of 30'x45'. The metallicity map of the bulge revealed a clear vertical metallicity gradient of ~0.04 dex/deg (~0.28 dex/kpc), with metal-rich stars ([Fe/H]~0) dominating the inner bulge in regions closer to the galactic plane (|b|<5). At larger scale heights, the mean metallicity of the bulge population becomes significantly more metal-poor. This fits in the scenario of a boxy-bulge originated from the vertical inestability of the Galactic bar, formed early via secular evolution of a two component stellar disk. Older, metal-poor stars dominate at higher scale heights due to the non-mixed orbits from the originally hotter thick disk stars.

研究动机与目标

• 通过绘制银晕的大尺度金属丰度分布，约束银河系银晕的形成情景。
• 通过实现高分辨率光度金属丰度的银晕全局空间覆盖，克服先前研究的局限性。
• 探究银晕中的金属丰度梯度是否与通过棒失稳引发的缓慢演化起源一致，而非经典并合驱动的形成机制。
• 通过基于红巨星分支脊线的校准方法，将光度金属丰度与光谱学研究进行验证。

提出的方法

• 利用VVV巡天（320平方度）和2MASS的深近红外光度数据，对银河系银晕中的恒星群体进行分析。
• 利用红巨星支星作为标准烛光的距离估计，构建绝对星等-颜色图（MKs, (J-Ks)0）。
• 通过将单个(J-Ks)0颜色与Valenti等人（2007年）的球状星团脊线进行插值，对光度金属丰度进行校准，同时考虑金属丰度函数的红巨星支绝对星等的群体修正。
• 采用迭代程序校正红巨星支星等的金属丰度依赖性偏差，以提高金属丰度的精度。
• 生成分辨率为30′×45′的金属丰度图，覆盖银道坐标系的银经l = -10°至+10°和银纬b = -10°至+5°，排除中心|b|<2°区域，因拥挤和消光影响。
• 通过与光谱学结果比较，验证了光度金属丰度，显示出高度一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 银河系银晕是否表现出与通过棒失稳引发的缓慢演化一致的垂直金属丰度梯度？
• RQ2 红巨星分支恒星的光度金属丰度能否提供可靠的大尺度银晕金属丰度分布图？
• RQ3 银晕中的金属丰度分布是否与双组分起源一致，即金属丰度较低的恒星因原始盘面的梯度而在更高标高处占主导？
• RQ4 观测到的金属丰度分布模式与棒不稳定性形成盒状银晕的模型预测如何比较？
• RQ5 银河系银晕首张全球光度金属丰度图的空间范围和分辨率如何？

主要发现

• 金属丰度图揭示出清晰的垂直金属丰度梯度，约为0.04 dex/度，相当于约0.28 dex/千秒差距。
• 金属丰度较高的恒星（[Fe/H] ~ 0）在靠近银道面的区域（|b| < 5°）主导内银晕。
• 在银道面上方更大的标高处，银晕群体的平均金属丰度显著降低，表明存在径向和垂直的金属丰度结构。
• 观测到的金属丰度梯度支持了通过银河系棒的垂直不稳定性（失稳）形成的盒状银晕情景，与双组分盘的缓慢演化一致。
• 金属丰度分布与较老、金属丰度较低的恒星在更高标高处占主导的解释一致，这源于原始厚盘的非混合轨道。
• 光度金属丰度与光谱学研究高度一致，验证了该方法在大规模制图中的可靠性，尽管存在单个测量误差。