[论文解读] Local kinematics of K and M giants from Coravel/Hipparcos/Tycho-2 data. Revisiting the concept of superclusters

Benoît Famaey, A. Jorissen+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 24, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 49被引用 17

一句话总结

本研究利用来自CORAVEL巡天的径向速度、Tycho-2星表的自行以及Hipparcos的视差，对太阳邻近区5952颗K型星和739颗M型星进行了运动学分析，发现此前被称为“超星协”的小尺度速度结构更可能由瞬时旋臂引起的动力学流所致，而非星团遗迹。关键发现是，这些流（包括天琴座流和毕宿—毕宿星团群）跨越广泛的年龄范围且非同源形成，挑战了传统“超星协”概念，并表明速度偏差和太阳运动测定中的动力学偏差源于动力学起源。

ABSTRACT

The availability of the Hipparcos Catalogue triggered many kinematic and dynamical studies of the solar neighbourhood. Nevertheless, those studies generally lacked the third component of the space velocities, i.e., the radial velocities. This work presents the kinematic analysis of 5952 K and 739 M giants in the solar neighbourhood which includes for the first time radial velocity data from a large survey performed with the CORAVEL spectrovelocimeter. It also uses proper motions from the Tycho-2 catalogue, which are expected to be more accurate than the Hipparcos ones. The UV-plane constructed from these data for the stars with precise parallaxes reveals a rich small-scale structure, with several clumps corresponding to the Hercules stream, the Sirius moving group, and the Hyades and Pleiades superclusters. A maximum-likelihood method, based on a bayesian approach, has been applied to the data, in order to make full use of all the available stars and to derive the kinematic properties of these subgroups. Isochrones in the Hertzsprung-Russell diagram reveal a very wide range of ages for stars belonging to these groups. These groups are most probably related to the dynamical perturbation by transient spiral waves rather than to cluster remnants. A possible explanation for the presence of young clusters in the same area of the UV-plane is that they have been put there by the spiral wave associated with their formation, while the kinematics of the older stars of our sample has also been disturbed by the same wave. The term "dynamical stream" for the kinematic groups is thus more appropriate than the traditional term "supercluster" since it involves stars of different ages, not born at the same place nor at the same time.

研究动机与目标

• 利用高精度运动学数据重新评估太阳邻近区‘超星协’的概念。
• 调查在K型星和M型星中观测到的速度子结构是否源于同源星团遗迹或动力学扰动。
• 通过考虑运动流在速度分布中引入的偏差，确定真实的太阳运动。
• 评估瞬时旋臂在塑造银河系盘面相空间结构中的作用。
• 基于大而无偏样本，使用最大似然贝叶斯方法提供太阳邻近区的精细化运动学模型。

提出的方法

• 结合来自CORAVEL光谱速度巡天（精度约0.3 km s⁻¹）的径向速度、Tycho-2星表的自行以及Hipparcos的视差。
• 采用最大似然贝叶斯方法建模速度分布，包含视差不确定度较高（σπ/π ≤ 20%）的恒星，并考虑观测偏差。
• 构建UV平面（U, V空间速度）以识别如天琴座流、天狼星运动群和毕宿—毕宿星团超星协等运动学子结构。
• 在赫罗图中应用等龄线拟合，估算各运动学子组中恒星的年龄。
• 排除无法确定质心速度的光谱双星，最终样本减少至5311颗K型星和719颗M型星。
• 在去除流成分后提取基础速度椭球，以评估太阳运动相对于本地标准惯性系的真实值。

实验结果

研究问题

• RQ1 太阳邻近区观测到的运动学子结构（如毕宿—毕宿星团群）是同源星团遗迹，还是动力学扰动的结果？
• RQ2 在速度分布中考虑运动流引入的偏差后，真实的太阳径向运动为何值？
• RQ3 观测到的K型星和M型星中的速度结构是否源于瞬时旋臂密度波，而非稳定星团遗迹？
• RQ4 同一运动学组中恒星年龄范围广泛，能否由共同的动力学起源而非共同形成 epoch 解释？
• RQ5 全样本中观测到的16.2°速度张量偏差是否由多个动力学流叠加所致，而非真正的旋转异常？

主要发现

• 在M型星中，光谱双星的比例仅为5.7%，而K型星中为13.7%，表明较冷的巨星双星频率更低。
• 排除双星后，最终样本中剩余5311颗K型星和719颗M型星，其视差精度较高（σπ/π ≤ 20%）。
• UV平面揭示了多个对应于天琴座流、天狼星运动群和毕宿—毕宿星团超星协的运动学团块，表明存在小尺度速度结构。
• 赫罗图中的等龄线显示，这些子组中恒星的年龄范围极广，与同源星团遗迹的假设相矛盾。
• 在去除流成分后，基础速度椭球的中心位于⟨U⟩ = -2.78 ± 1.07 km s⁻¹，而非通常假设的值，凸显标准太阳运动测定中的偏差。
• 只有在正确考虑流带来的偏差后，全样本才得出标准太阳运动值⟨U⟩ = -10.25 ± 0.15 km s⁻¹，表明太阳邻近区不存在单一的净径向速度为零的参考系。