[论文解读] Absolute motions of globular clusters. II. [HST astrometry and VLT radial velocities in NGC6397]

A. P. Milone, S. Villanova+7 more|ArXiv.org|May 4, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 16被引用 25

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜（HST）WFPC2天体测量数据与VLT/FLAMES径向速度数据，首次直接测量了球状星团NGC 6397的绝对空间速度。通过使用具有清晰核区的背景星系作为河外参考点，作者高精度地确定了该星团的三维运动，揭示其轨道具有高度偏心性，频繁遭受潮汐冲击，这很可能解释了其异常平坦的质量函数。

ABSTRACT

In this paper we present a new, accurate determination of the three components of the absolute space velocity of the Galactic globular cluster NGC6397 (l 338d, b -12d). We used three HST/WFPC2 fields with multi-epoch observations to obtain astrometric measurements of objects in three different fields in this cluster. The identification of 33 background galaxies with sharp nuclei allowed us to determine an absolute reference point and measure the absolute proper motion of the cluster. The third component has been obtained from radial velocities measured on spectra from the multi-fiber spectrograph FLAMES at UT2-VLT. We find [mu_alpha cos(delta), mu_delta](J2000.0) = [+3.39 +/- 0.15, -17.55 +/- 0.15] mas/yr, and V_rad = +18.36 +/- 0.09 (+/-0.10) km/s. Assuming a Galactic potential, we calculate the cluster orbit for various assumed distances, and briefly discuss the implications.

研究动机与目标

• 以高精度确定邻近球状星团NGC 6397的绝对三维空间速度。
• 通过将天体测量锚定于河外参考点，解决其轨道动力学中的不确定性。
• 研究NGC 6397的动力学历史，特别是其与银河系势场及潮汐环境的相互作用。
• 评估潮汐冲击在塑造该星团观测到的平坦质量函数中的作用。
• 通过使用新校准的运动学数据与一致且具有物理解释的银河系势场模型，改进轨道建模。

提出的方法

• 获取NGC 6397三个场（B、C、D）的多历元HST/WFPC2图像，以精确测量自行运动。
• 识别出33个具有清晰、未分辨核区的背景星系，作为绝对天体测量的河外参考点。
• 应用有效点扩散函数（ePSF）拟合方法，测量恒星与参考星系的相对位置及自行运动。
• 将HST自行数据与VLT/FLAMES多光纤光谱仪测得的径向速度相结合，确定完整的三维空间速度。
• 采用Allen & Santillan（1991）的银河系势场模型积分星团轨道，假设多种日心距离。
• 使用15阶对称、辛形式的龙格-库塔积分器（Radau格式），确保轨道积分过程中能量与动量守恒。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 6397的绝对三维空间速度是多少，其参考点为河外天体？
• RQ2 该星团在银河系势场中的轨道如何影响其动力学演化与潮汐暴露程度？
• RQ3 近日点处的潮汐冲击与穿越银河系平面的事件，在多大程度上导致了NGC 6397质量函数的平坦化？
• RQ4 不同假设的距离如何影响轨道参数与潮汐冲击频率？
• RQ5 该星团的轨道是否与先前的动力学模型一致？新数据是否提高了轨道约束的精度？

主要发现

• NGC 6397的绝对自行测量结果为（μαcosδ, μδ）=（+3.39 ± 0.15, -17.55 ± 0.15）mas yr⁻¹（J2000.0坐标系）。
• 该星团的径向速度确定为Vrad = +18.36 ± 0.09（±0.10）km s⁻¹。
• 星团轨道高度偏心，呈盒状形态，每条轨道周期内多次近距离掠过银河系中心与银平面。
• 轨道积分显示，NGC 6397每条轨道周期经历三次潮汐冲击——一次在近日点，两次在穿越银平面时。
• 所假设的日心距离显著影响轨道周期、最大高度与振子振幅，距离越大则周期越长，垂直振幅越大。
• 高频率的潮汐冲击，尤其是在银河系平面附近高速区域，为低质量恒星优先损失提供了合理机制，从而解释了该星团异常平坦的质量函数。