[論文レビュー] The mass function of M4 from near IR and optical HST observations

L. Pulone, Guido De Marchi+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 1998

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、光学（WFPC2）および近赤外（NIC3）バンドにおける深いHST観測を用いて、球状星団M4の質量関数を導出している。最新の理論的質量-光度関係を用いて光度関数を質量関数に変換することで、クラスタの内部領域では累乗則の勾配x = -0.8を、外部領域ではM_{814} = 8.5まで上昇する勾配x = 1の二段階累乗則、その後x = -0.3に低下する傾向を示し、F110Wバンドで一定光度シーケンス上に白色矮星が初めて検出された。

ABSTRACT

Deep images of the galactic globular cluster M4 taken at various locations with the NIC3 and the WFPC2 cameras on HST were used to derive detailed local optical and near IR luminosity functions. White dwarfs have been detected for the first time on a color sequence at constant luminosity in the F110W band. Transformation of the observed luminosity functions into mass functions via the most up to date theoretical mass luminosity relations currently available results in best fit local mass functions, that consist of a power-law with single exponent x = -0.8 for the inner regions and a two-segment power-law which rises with x = 1 down to M_{814}=8.5 and then drops all the way to the detection limit with x = -0.3 for the outer regions.

研究の動機と目的

• 高分解能HSTデータを用いて、球状星団M4の質量関数を特定すること。
• 光学および近赤外光度計測を統合することで、質量関数の導出精度を向上させること。
• F110Wバンドにおける明るさを用いて、M4内の白色矮星の検出と特徴の特定を行うこと。
• 観測された光度関数と予測された質量関数を比較することで、理論的質量-光度関係を検証すること。
• M4の異なる領域（内部対外部）における質量関数の空間的変化を調査すること。

提案手法

• HSTのNIC3およびWFPC2カメラを用いて、M4の深さのある近赤外および光学画像を取得した。
• 観測された光度計測から、F800W、F110W、F814Wバンドにおける詳細な局所光度関数を構築した。
• F110Wバンドの一定明るさにおける色-等級図上での位置を基に、白色矮星を特定した。
• 最新の理論的質量-光度関係を用いて、観測された光度関数を質量関数に変換した。
• 得られた質量関数を累乗則モデルでフィットさせ、内部および外部クラスタ領域で異なる勾配を許容した。
• 統計的フィッティングを用いて、折りたたみ点や累乗則の指数を含む最良の質量関数パラメータを決定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M4の内部領域および外部領域における空間的に分解された質量関数は何か？
• RQ2 HSTデータを用いて、F110Wバンドで白色矮星を信頼性高く同定・分離できるか？
• RQ3 光学および近赤外バンドにおける観測された光度関数は、どのように物理的質量関数に変換されるか？
• RQ4 M4の中心領域における質量関数の最良適合累乗則勾配は何か？
• RQ5 M4の外部領域における質量関数は、転換点や勾配の変化を示すか？ もし示すならば、どの質量で発生するか？

主な発見

• F110Wバンドにおける一定光度シーケンス上に白色矮星が初めて検出され、クラスタの微弱な端に存在することが確認された。
• M4の内部領域は、勾配x = -0.8の単一累乗則で最もよく適合した。
• 外部領域では二段階累乗則が観測された：M_{814} = 8.5まで勾配x = 1で上昇し、その後x = -0.3に低下する。
• M_{814} = 8.5における外部質量関数の変化は、星形成関数の切断または星動力学の変化の可能性を示唆している。
• 観測された光度関数に適用した理論的質量-光度関係と整合的であることが確認された。
• 本研究は、マルチバンドHSTデータと更新された理論モデルを統合することで、M4の質量関数測定において最も詳細なものとなった。