[论文解读] Cleaning spectroscopic samples of stars in nearby dwarf galaxies: The use of the nIR MgI line to weed out Milky Way contaminants

G. Battaglia, Else Starkenburg|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Jan 17, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 49被引用 22

一句话总结

本文提出结合近红外Mg I谱线（波长8806.8 Å）与Ca II三重线（CaT）线强，用于区分邻近矮星系中红巨星分支（RGB）星与银河系矮星污染源。该方法利用巨星与矮星在表面重力上的差异，在[Fe/H] > -2 dex的金属丰度范围内实现有效分离，并通过VLT/FLAMES数据在Sextans、Sculptor和Fornax等dSph系统中得到验证。

ABSTRACT

Dwarf galaxies provide insights on the processes of star formation and chemical enrichment at the low end of the galaxy mass function, as well as on the clustering of dark matter on small scales. In studies of Local Group dwarf galaxies, spectroscopic samples of individual stars are used to derive the internal kinematics and abundance properties of these galaxies. It is therefore important to clean these samples from Milky Way stars, not related to the dwarf galaxy, since they can contaminate the analysis of the properties of these objects. Here we introduce a new diagnostic for separating Milky Way contaminant stars -- that mainly constitute of dwarf stars -- and red giant branch stars targeted in dwarf galaxies. As discriminator we use the trends in the equivalent width of the nIR MgI line at 8806.8 Å as a function of the equivalent width of CaII triplet lines. This method is particularly useful for works dealing with multi-object intermediate resolution spectroscopy focusing in the region of the nIR CaII triplet. We use synthetic spectra to explore how the equivalent width of these lines changes for stars with different properties (gravity, effective temperature, metallicity) and find that a discrimination among giants above the horizontal branch and dwarfs can be made with this method at [Fe/H]> -2 dex. For -2 $\le$ [Fe/H] $\le$ -1, this method is also valid to discriminate dwarfs and giants down to approximately one magnitude below the horizontal branch. Using a foreground model we make predictions on the use of this new discrimination method for nearby dwarf spheroidal galaxies, including the ultra-faints. We subsequently use VLT/FLAMES data for the Sextans, Sculptor and Fornax dSphs to verify the predicted theoretical trends.

研究动机与目标

• 解决银河系前景矮星污染邻近矮星系中红巨星分支星光谱样本的问题。
• 通过减少外来星的污染，提高矮星系研究中运动学与元素丰度分析的准确性。
• 开发一种基于物理原理、对重力敏感的光谱诊断方法，可应用于现有中等分辨率数据。
• 在经典dSph（Sextans、Sculptor、Fornax）的真实数据上验证该方法，并将其适用性扩展至超低光度矮星系。
• 提供一种简单、可实施的判据，补充基于速度的选星方法，提升样本纯度，尤其在外部区域和低面亮度系统中。

提出的方法

• 该方法利用近红外Mg I谱线（波长8806.8 Å）的等效宽度（EW）作为对重力敏感的判据，结合Ca II三重线（CaT）线强总和（ΣW）。
• 通过有效温度、表面重力和金属丰度的网格生成合成光谱，模拟巨星与矮星中Mg I与CaT EW的变化规律。
• 校准Mg I EW与CaT ΣW之间的关系，基于重力差异实现对巨星（矮星系成员）与矮星（银河系污染源）的有效分离。
• 在VLT/FLAMES获取的三个经典dSph（Sextans、Sculptor、Fornax）数据上测试该方法，理论趋势与实测数据一致。
• 将该方法应用于预测其在超低光度矮星系及其他dSph系统中的性能，重点关注基于速度选星效果较差的系统。
• 该方法设计为可轻松应用于现有数据，仅需测量近红外波段中两条强而靠近的谱线。

实验结果

研究问题

• RQ1 8806.8 Å处的Mg I谱线能否作为可靠重力指示器，用于区分光谱样本中的红巨星分支星与银河系矮星污染源？
• RQ2 Mg I EW与CaT ΣW的组合在不同金属丰度下（特别是[Fe/H] > -2 dex范围）分离矮星与巨星的效率如何？
• RQ3 与仅依赖速度选择相比，该方法在低面亮度或星系晕外区中能多大程度上提升污染星的剔除效果？
• RQ4 Mg I与CaT谱线的合成模型在多大程度上能再现Sextans、Sculptor和Fornax等真实dSph数据中的观测趋势？
• RQ5 在哪些矮星系系统（尤其是超低光度矮星系）中，由于速度选择受限，该方法最为有益？

主要发现

• Mg I EW–CaT ΣW关系在[Fe/H] > -2 dex的金属丰度范围内成功实现对巨星与矮星的分离，该范围正是多数污染源所在区域。
• 在-2至-1 dex金属丰度区间，该方法同样能有效区分矮星与巨星，可探测至水平分支以下约一等量级。
• 该方法在Sextans、Sculptor和Fornax等经典dSph的真实VLT/FLAMES数据中得到验证，理论趋势与实测数据高度吻合。
• 在Canes Venetici I、Leo II、Fornax、Hercules、Ursa Major I和Willman 1等系统中尤为有效，这些系统中仅靠速度选择难以区分。
• 对于超低光度矮星系及前景污染较高的系统，Mg I方法比仅依赖径向速度选择更具效率。
• 该方法不移除银河系巨星污染源，但能有效剔除主要污染类别——矮星，同时完整保留目标巨星样本。