[论文解读] Chemodynamics Of The Milky Way I. The First Year Of APOGEE Data

F. Anders, C. Chiappini+39 more|arXiv (Cornell University)|Nov 18, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 108被引用 113

一句话总结

本论文利用APOGEE第一年的数据，首次对银河系盘的化学动力学特性进行了全面分析，借助高分辨率近红外光谱，绘制了银河系径向距离6–11 kpc、垂直距离0–3 kpc范围内的金属量和[α/Fe]分布。研究证实了在高垂直距离处存在径向金属量梯度反转现象，[α/Fe]与[Fe/H]关系图中存在间隙，且厚盘尺度长度更短，显著扩展了此前巡天所覆盖的高质量化学动力学数据体积。

ABSTRACT

We investigate the chemo-kinematic properties of the Milky Way disc by exploring the first year of data from the Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE), and compare our results to smaller optical high-resolution samples in the literature, as well as results from lower resolution surveys such as GCS, SEGUE and RAVE. We start by selecting a high-quality sample in terms of chemistry ($\sim$ 20.000 stars) and, after computing distances and orbital parameters for this sample, we employ a number of useful subsets to formulate constraints on Galactic chemical and chemodynamical evolution processes in the Solar neighbourhood and beyond (e.g., metallicity distributions -- MDFs, [$α$/Fe] vs. [Fe/H] diagrams, and abundance gradients). Our red giant sample spans distances as large as 10 kpc from the Sun. We find remarkable agreement between the recently published local (d $

研究动机与目标

• 利用APOGEE第一年的数据，研究银河系盘的化学动力学特性。
• 将APOGEE结果与较小规模的光学高分辨率样本（如HARPS）以及RAVE和GCS等低分辨率巡天进行比较。
• 通过丰度梯度和金属量分布，约束银河系的化学演化与化学动力学演化过程。
• 评估巡天选择函数对观测到的梯度和丰度分布的影响。

提出的方法

• 基于化学和运动学标准（包括径向速度、自行和距离估计）选择高质量（HQ）恒星样本。
• 利用相空间信息和银河系势模型计算轨道参数（如zmax、Rg）。
• 在6 < R < 11 kpc和0 < z < 3 kpc范围内，使用按银河系径向距离和垂直高度分箱的数据，测量[Fe/H]和[α/Fe]的径向梯度。
• 将APOGEE的金属量分布函数（MDF）和[α/Fe]与[Fe/H]关系图与外部样本（HARPS、GCS、RAVE）进行比较。
• 采用自 resampling 方法估算梯度测量的1σ不确定性。
• 初步测试TRILEGAL星族合成代码，以模拟巡天选择函数并验证观测到的分布。

实验结果

研究问题

• RQ1 APOGEE与高分辨率光学样本（如HARPS）在银河系盘中的金属量和[α/Fe]分布有何异同？
• RQ2 盘的[Fe/H]和[α/Fe]径向梯度如何？其随离平面垂直距离的变化趋势如何？
• RQ3 观测到的[α/Fe]与[Fe/H]关系图中的“间隙”是否为真实特征，还是选择效应所致？
• RQ4 丰度梯度揭示了关于银河系盘“由内而外”形成过程的哪些信息？
• RQ5 APOGEE和RAVE的选样函数如何影响观测到的化学动力学模式？

主要发现

• APOGEE HQ样本在局部区域（d < 1 kpc）的金属量分布函数峰值略低于太阳金属量，且与HARPS FGK矮星样本高度一致，尾部延伸至[Fe/H] = −1。
• APOGEE样本证实了[α/Fe]与[Fe/H]关系图中存在间隙，表明α元素增强具有双峰分布特征，且排除了选择效应为主要成因的可能性。
• 外盘区域（R > 10 kpc）的高[α/Fe]恒星稀少，支持厚盘尺度长度短于薄盘的结论，与先前文献一致。
• 对zmax在1.5 ≤ zmax < 3.0 kpc范围内的恒星，测得金属量径向梯度为+0.052 ± 0.004 dex/kpc，表明在高银河系高度处存在正梯度，与RAVE和GCS数据一致。
• 对zmax在1.5 ≤ zmax < 3.0 kpc范围内的恒星，测得[α/Fe]径向梯度为−0.031 ± 0.001 dex/kpc，显示负梯度，与RAVE和GCS结果一致。
• 在高z处[α/Fe]分布中未发现低[α/Fe]恒星，表明在观测径向范围内薄盘的展扩效应极小，且支持高z处轨道参数估计的可靠性。