[论文解读] HdC and EHe stars through the prism of Gaia DR3: 3D distribution and Gaia's chromatic PSF effects

P. Tisserand, Courtney L. Crawford+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2023

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 4

一句话总结

本研究利用盖亚DR3数据分析了氢缺乏碳（HdC）、极端氦（EHe）和DYPer型恒星的三维空间分布，发现大多数HdC和EHe恒星位于厚盘、银心和晕中，部分恒星表现出薄盘样轨道。研究识别出R Coronae Borealis（RCB）型恒星因盖亚的色度点扩散函数（PSF）导致显著的天体测量偏差，表明这些恒星或可在未来版本中用于校正该效应。

ABSTRACT

Upon its release the Gaia DR3 catalogue has led to tremendous progress in multiple fields of astronomy by providing the complete astrometric solution for nearly 1.5 billion sources. We analysed the photometric and astrometric results for Hydrogen-deficient Carbon (HdC), Extreme Helium (EHe), and DYPer type stars to identify any potential biases and thus to select stars suitable for kinematic and spatial distribution studies. We investigated the impact of photometric declines in R Coronae Borealis (RCB) stars on Gaia astrometry using information from the Gaia IPD process cross-matched with light curves. We have reached the conclusion that the astrometric fits for numerous RCB stars are not valid due to the Gaia PSF chromaticity effect in both shape and centroid. The astrometric results of all stars with a significant time-dependent colour variation should be similarly affected. RCB stars might thus be promising sources to correct this effect in future Gaia releases. Furthermore, after validating the Gaia astrometric results for 92 stars, we observed that the majority of HdC and EHe stars are distributed across the three old stellar structures, the thick disk, the bulge and the halo. However, we have also uncovered evidence indicating that some of them exhibit orbits characteristic of the thin disk. This is also particularly true for all DYPer type stars studied. Finally, we have produced a list of star memberships for each Galactic substructure, and provided a list of heliocentric radial velocities and associated errors for targets not observed by Gaia DR3. We are beginning to observe a relationship between kinematics, stellar population, and metallicity in RCB and EHe stars. That relation can be explained, within the double degenerate scenario, by the large range in the delay time distribution expected from population synthesis simulations, particularly through the HybCO merger channel.

研究动机与目标

• 评估盖亚DR3对稀有HdC、EHe和DYPer型恒星的天体测量与光度测量结果的可靠性。
• 研究盖亚色度点扩散函数（PSF）可能引起的天体测量偏差，特别是对颜色随时间变化的恒星（如RCB恒星）的影响。
• 确定HdC和EHe恒星在银河系子结构（薄盘、厚盘、晕、银心）中的三维空间分布。
• 通过双简并星并合模型探讨HdC和EHe恒星的动力学与金属量相关性，以约束其形成历史。
• 整理在盖亚DR3中未被观测到的38颗目标的太阳系质心径向速度及其误差。

提出的方法

• 将盖亚DR3的天体测量与光度数据与图像参数测定（IPD）及光变曲线信息进行交叉匹配。
• 分析RCB恒星的时间依赖颜色变化，评估其对盖亚色度PSF和质心估计的影响。
• 通过轨道积分与动力学分类，将恒星分配至银河系子结构（薄盘、厚盘、晕、银心）。
• 应用星族合成模型解释双简并星并合的延迟时间分布，特别是HybCO通道。
• 通过与现有文献和光度数据的交叉验证，验证92颗恒星的天体测量解的可靠性。
• 从光谱巡天和文献中整理38颗在盖亚DR3中未被观测到的目标的径向速度测量结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 由于色度PSF效应，盖亚DR3对R Coronae Borealis恒星的天体测量解在多大程度上存在偏差？
• RQ2 HdC和EHe恒星在银河系古老恒星子结构中的三维空间分布如何？
• RQ3 具有薄盘样轨道和较高金属量的恒星是否表明HdC和EHe恒星中存在较年轻的形成群体？
• RQ4 HdC和EHe恒星观测到的动力学与金属量趋势能否通过具有广泛延迟时间分布的双简并星并合模型加以解释？
• RQ5 DYPer型恒星的轨道特征与HdC和EHe恒星相比如何？这对其形成 epoch 有何启示？

主要发现

• 由于盖亚色度PSF效应，包括R CrB本身在内的R Coronae Borealis恒星的天体测量解不可靠，该效应同时扭曲了PSF形状与质心位置。
• 大多数HdC和EHe恒星分布在厚盘、银心和晕中，其中仅发现两颗EHe恒星位于银心，一颗位于晕中。
• 一部分HdC和EHe恒星（包括研究的全部三颗DYPer型恒星）表现出与薄盘一致的轨道特征，表明其可能属于较年轻的形成群体。
• 双简并星模型中的HybCO并合通道预测了双峰延迟时间分布，其中75%的当前HdC恒星起源于长延迟时间（>5 Gyr），与它们存在于古老银河系结构中的事实一致。
• 剩余25%的HdC恒星可能起源于短延迟时间（<1 Gyr），与它们观测到的薄盘样轨道及较高金属量相符。
• 大麦哲伦云的棒状结构中存在HdC恒星，可能源于短延迟时间并合，与约20亿年前的近期恒星形成爆发一致，凸显了环境对并合 timescale 的依赖性。