[论文解读] Global survey of star clusters in the Milky Way III. 139 new open clusters at high Galactic latitudes

S. Schmeja, N. V. Kharchenko+5 more|arXiv (Cornell University)|Jun 24, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 23被引用 33

一句话总结

本研究利用2MASS星表中的星数算法，在高银纬区域（|b| > 20°）识别出139个新的银河系开放星团，通过颜色-星等滤波增强星团的星场过密信号。主要结果是已知高银纬开放星团数量增加了150%，但旧的、邻近星团（t > 1 Gyr，d < 1 kpc）的持续性缺失依然存在，可能源于对稀疏、大角直径星团的检测偏差。

ABSTRACT

An earlier analysis of the Milky Way Star Cluster (MWSC) catalogue revealed an apparent lack of old (&gt; 1 Gyr) open clusters in the solar neighbourhood (&lt; 1 kpc). To fill this gap we undertook a search for hitherto unknown star clusters, assuming that the missing old clusters reside at high Galactic latitudes |b|&gt; 20°. We were looking for stellar density enhancements using a star count algorithm on the 2MASS point source catalogue. To increase the contrast between potential clusters and the field, we applied filters in colour-magnitude space according to typical colour-magnitude diagrams of nearby old open clusters. The subsequent comparison with lists of known objects allowed us to select thus far unknown cluster candidates. For verification they were processed with the standard pipeline used within the MWSC survey for computing cluster membership probabilities and for determining structural, kinematic, and astrophysical parameters. In total we discovered 782 density enhancements, 522 of which were classified as real objects. Among them 139 are new open clusters with ages 8.3 &lt; log (t [yr]) &lt; 9.7, distances d &lt; 3 kpc, and distances from the Galactic plane 0.3 &lt; Z &lt; 1 kpc. This new sample has increased the total number of known high latitude open clusters by about 150%. Nevertheless, we still observe a lack of older nearby clusters up to 1 kpc from the Sun. This volume is expected to still contain about 60 unknown clusters that probably escaped our detection algorithm, which fails to detect sparse overdensities with large angular size.

研究动机与目标

• 解决在太阳邻近区（d ≤ 1 kpc）高银纬区域观测到的古老开放星团（t ≥ 1 Gyr）缺失问题。
• 探究以往未被探测到的古老开放星团是否可能存在于高银纬区域（|b| > 20°），传统巡规则在此区域灵敏度较低。
• 将银河系星团调查（MWSC）扩展至|b| ≤ 20°以外，以提高高银纬区域的完备性。
• 量化对稀疏、大角直径星团的检测偏差，这些偏差可能解释了邻近古老星团持续缺失的原因。
• 估算太阳邻近区体积内（d < 1 kpc）仍可能未被探测到的古老开放星团数量。

提出的方法

• 将星数算法应用于2MASS星表，以在|b| > 20°区域识别全天范围内的星场密度增强。
• 使用基于附近古老开放星团典型等龄线（log t ∈ [8.3, 9.7]，d ≈ 1 kpc）的九个重叠颜色-星等滤波器，以抑制场星污染。
• 在(J−H, H)和(H−Ks, Ks)颜色-星等空间中对数据进行滤波，以增强星团信号，同时最小化场星背景。
• 将检测到的星场过密区域与已知天体列表（MWSC输入列表、SIMBAD、Abell星系团）交叉比对，以排除非星团天体。
• 将剩余的399个候选体通过标准MWSC流程处理，以计算成员概率、结构、运动学和天体物理参数。
• 通过与先前巡天（如Froebrich et al. 2007）比较评估检测效率，并分析滤波选择和星团形态对检测的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否存在尚未被先前巡天探测到的古老开放星团（log t ≥ 9.0），位于高银纬区域（|b| > 20°）？
• RQ2 检测偏差（特别是对稀疏、大角直径星团的偏差）在多大程度上解释了观测到的邻近古老星团缺失？
• RQ3 利用2MASS数据结合颜色-星等滤波，可在高银纬区域发现多少个新的开放星团？
• RQ4 MWSC巡天在探测太阳附近（d < 1 kpc）高银纬区域古老星团方面的完备性如何？
• RQ5 新发现星团的结构和运动学特性与已知高银纬星团相比有何异同？

主要发现

• 共确认了139个新的高银纬开放星团（|b| > 20°），其年龄范围为8.3 < log t < 9.7（即2亿至50亿年），距离d < 3 kpc，距银河平面的垂直距离为0.3 < Z < 1 kpc。
• 该发现使已知高银纬开放星团数量增加了约150%，显著改善了此类星团的普查结果。
• 尽管已有新发现，但在太阳附近（d < 1 kpc）仍存在显著的古老开放星团（t ≥ 1 Gyr）缺失，尤其在d < 1 kpc且|b| > 20°的区域内。
• 本研究估计，由于检测算法未能识别出稀疏、大角直径的星场过密信号，太阳邻近区可能仍有约60个古老开放星团尚未被探测到。
• 对于缺乏明显红巨星分支的星团，检测效率降低，因为依赖等龄线的滤波器更依赖此类特征。
• 与光学巡天（如COCD）的对比表明，基于红外的搜索（如本研究）可探测到更远距离的星团（d > 1 kpc），而光学巡天则发现更多邻近星团，凸显了互补的检测偏差。