[论文解读] Galactic kinematics with RAVE data: I. The distribution of stars towards the Galactic poles

L. Veltz, O. Bienaymé+17 more|ArXiv.org|Jan 14, 2008

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 67被引用 43

一句话总结

本研究利用RAVE径向速度、2MASS红外测光和UCAC2自行数据，分析了银河极区G型和K型恒星的三维运动学及垂直密度分布。研究识别出清晰的不连续性，将薄盘（标高225 ± 10 pc）与厚盘（1048 ± 36 pc）分隔开来，排除了旋臂或分子云等连续加热机制，更支持吸积或原位形成等形成情景。

ABSTRACT

We analyze the distribution of G and K type stars towards the Galactic poles using RAVE and ELODIE radial velocities, 2MASS photometric star counts, and UCAC2 proper motions. The combination of photometric and 3D kinematic data allows us to disentangle and describe the vertical distribution of dwarfs, sub-giants and giants and their kinematics. We identify discontinuities within the kinematics and magnitude counts that separate the thin disk, thick disk and a hotter component. The respective scale heights of the thin disk and thick disk are 225$\pm$10 pc and 1048$\pm$36 pc. We also constrain the luminosity function and the kinematic distribution function. The existence of a kinematic gap between the thin and thick disks is incompatible with the thick disk having formed from the thin disk by a continuous process, such as scattering of stars by spiral arms or molecular clouds. Other mechanisms of formation of the thick disk such as `created on the spot' or smoothly `accreted' remain compatible with our findings.

研究动机与目标

• 确定薄盘与厚盘是否为独立组分，或属于连续分布的一部分。
• 分离银河晕中矮星、亚巨星与巨星的垂直密度分布与运动学分布。
• 通过分析运动学与测光不连续性，检验厚盘的形成情景。
• 约束太阳邻域恒星族的光度函数与运动学分布函数。
• 评估观测到的运动学特征与动力学加热模型相比，是否与吸积或原位形成机制相容。

提出的方法

• 结合RAVE径向速度、2MASS K波段测光与UCAC2自行数据，构建恒星的三维运动学与密度分布。
• 利用星场计数与速度 dispersion 分布曲线，识别不同恒星组分之间的结构与运动学不连续性。
• 采用多组分模型拟合恒星的垂直密度分布与运动学函数。
• 应用测光星等截断（如 m_K ~ 15）以分离组分，并探测可能存在的次级厚盘或晕族恒星。
• 分析速度 dispersion（σ_U, σ_W）与非对称漂移（V_lag），以表征厚盘的运动学特性。
• 将观测到的不连续性与动力学加热模型的预测进行比较，以排除不相容的形成机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 薄盘与厚盘是否确实是独立组分，还是存在连续过渡？
• RQ2 基于运动学与测光数据，薄盘与厚盘的垂直标高分别是多少？
• RQ3 观测到的薄盘与厚盘之间的运动学间隙是否与旋臂或分子云散射等连续加热机制相容？
• RQ4 在太阳位置，厚盘组分的速度 dispersion 与非对称漂移分别是多少？
• RQ5 哪些形成机制——吸积、原位形成或加热——与观测到的不连续性与运动学特征相容？

主要发现

• 薄盘的标高为225 ± 10 pc，厚盘的标高为1048 ± 36 pc，表明存在清晰的结构分离。
• 在薄盘与厚盘之间存在运动学间隙，与旋臂或分子云引起的连续加热机制不相容。
• 厚盘的速度 dispersion 为 σ_U = 50 km s⁻¹ 与 σ_W = 45.5 km s⁻¹，非对称漂移为 V_lag = 33 ± 2 km s⁻¹，表明其为相对较冷且快速旋转的组分。
• 在太阳位置，厚盘贡献了薄盘表面质量密度的27%，支持其具有独立的动力学角色。
• 在 m_K ~ 15 处，存在一个 σ_W ~ 65 km s⁻¹ 的第二组分，可能指示晕族或第二厚盘族恒星。
• 研究结果支持吸积卫星、原位形成（“原位生成”）或化学动力学膨胀等形成机制，但排除了通过长期散射过程导致的‘加热’厚盘情景。