[论文解读] Astrometric radial velocities III. Hipparcos measurements of nearby star clusters and associations

S.N. Madsen, Dainis Dravins+1 more|ArXiv.org|Oct 29, 2001

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 41被引用 82

一句话总结

本文提出一种新颖方法，仅利用依巴谷星历表中的天体测量数据（自行和三角视差）而无需光谱学手段，测定天体测量径向速度。通过将最大似然运动群方法应用于邻近星协与星团，实现了亚公里每秒量级的精度（例如，昴星团为0.47 km s⁻¹），从而能够精确检验恒星大气效应与运动学结构，且通过动力学改进的视差可获得高分辨率的赫罗图。

ABSTRACT

Radial motions of stars in nearby moving clusters are determined from accurate proper motions and trigonometric parallaxes, without any use of spectroscopy. Assuming that cluster members share the same velocity vector (apart from a random dispersion), we apply a maximum-likelihood method on astrometric data from Hipparcos to compute radial and space velocities (and their dispersions) in the Ursa Major, Hyades, Coma Berenices, Pleiades, and Praesepe clusters, and for the alpha Persei, Scorpius-Centaurus, and `HIP 98321' associations. The radial motion of the Hyades cluster is determined to within 0.47 km/s (standard error), and that of its individual stars to within 0.6 km/s. For other clusters, Hipparcos data yield astrometric radial velocities with typical accuracies of a few km/s. A comparison of these astrometric values with spectroscopic radial velocities in the literature shows a good general agreement and, in the case of the best-determined Hyades cluster, also permits searches for subtle astrophysical differences, such as evidence for enhanced convective blueshifts of F-dwarf spectra, and decreased gravitational redshifts in giants. Similar comparisons for the Scorpius OB2 complex indicate some expansion of its associations, albeit slower than expected from their ages. As a by-product from the radial-velocity solutions, kinematically improved parallaxes for individual stars are obtained, enabling Hertzsprung-Russell diagrams with unprecedented accuracy in luminosity. For the Hyades (parallax accuracy 0.3 mas), its main sequence resembles a thin line, possibly with wiggles in it.

研究动机与目标

• 仅使用几何天体测量数据（避免光谱学限制）测定邻近星协与星团中恒星的径向速度。
• 通过与光谱学测量结果对比，检验天体测量径向速度的有效性，并探测细微的天体物理效应。
• 通过动力学方法改进视差测量，提升赫罗图在恒星演化研究中的精度。
• 评估未来空间天体测量任务在无需依赖光谱复杂性的前提下实现绝对径向速度测定的潜力。

提出的方法

• 应用运动群方法，假设星团成员具有相同的速度矢量，利用依巴谷星历表测得的自行和三角视差。
• 采用最大似然拟合程序求解径向速度、空间速度和速度弥散，以最小化天体测量位置随时间的残差。
• 通过结合三角视差与星团整体运动的径向速度和自行约束，推导出动力学改进的视差。
• 该方法考虑星团的膨胀与内部速度弥散，其精度取决于角直径、自行和距离。
• 通过标准误差传播计算统计不确定性，昴星团的精度达到0.47 km s⁻¹。
• 将天体测量径向速度与文献中的光谱学数值进行比较，以检测与对流蓝移或引力红移相关的系统性偏差。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否仅使用天体测量数据，实现亚公里每秒量级的径向速度测定，且完全独立于光谱学？
• RQ2 天体测量与光谱学径向速度之间的差异是否揭示了如对流蓝移或引力红移等天体物理效应？
• RQ3 星团膨胀在多大程度上导致天体测量径向速度解的偏差？该偏差如何量化？
• RQ4 动力学改进的视差在多大程度上提升了邻近星团赫罗图的分辨率？
• RQ5 未来空间天体测量任务在实现绝对径向速度测量方面具有多大潜力？

主要发现

• 昴星团的径向速度测定标准误差为0.47 km s⁻¹，单颗恒星的精度可达0.6 km s⁻¹。
• 其他星团的典型天体测量径向速度精度为几公里每秒，最佳结果出现在富集且邻近的星团（如昴星团）中。
• 与光谱学数据的对比显示，F型矮星光谱中存在增强的对流蓝移，而巨星则表现出减弱的引力红移。
• 天蝎-半人马 OB2复合体显示出膨胀迹象，尽管其膨胀速度慢于年龄预期，暗示存在复杂的运动学结构。
• 动力学改进的视差将昴星团的不确定性降低至0.3 mas，使得赫罗图中主序星呈现出细长且有波动的结构。
• 大多数星团中未发现博姆-维滕塞间隙，表明这些间隙可能是人为的，并非主序星的真实特征。