[论文解读] Mapping the stellar age of the Milky Way bulge with the VVV. II. Deep JKs catalogs release based on PSF photometry

F. Surot, E. Valenti+7 more|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 33被引用 12

一句话总结

本论文基于多 epoch 的 VVV 巡天数据，采用 PSF 拟合测光法，构建了银河系银心区域约 300 deg² 范围内近 6 亿颗恒星的深度、高时间分辨率 J 和 Ks 光度目录。该目录实现了前所未有的深度与完整性——可探测到比老年主序星转折点低约 1–2 等的恒星——从而为恒星年龄、运动学与结构的详细研究提供了支持，并已通过欧洲南方天文台科学档案库向公众完全开放。

ABSTRACT

The bulge represents the best compromise between old and massive Galactic component, and as such its study is a valuable opportunity to understand how the bulk of the Milky Way formed and evolved. In addition, being the only bulge in which we can individually resolve stars in all evolutionary sequences, the properties of its stellar content provide crucial insights on the formation of bulges at large. We aim at providing a detailed and comprehensive census of the Milky Way bulge stellar populations by producing deep and accurate photometric catalogs of the inner ~300 sqdeg of the Galaxy. We perform DAOPHOT/ALLFRAME PSF-fitting photometry of multi-epochs J and Ks images provided by the VVV survey to obtain deep photometric catalogs. Artificial star experiments have been conducted on all images to properly assess the completeness and the accuracy of the photometric measurements. We present a photometric database containing nearly 600 million stars across the bulge area surveyed by the VVV. Through the comparison of derived color-magnitude diagrams of selected fields representative of different levels of extinction and crowding, we show the quality, completeness and depth of the new catalogs. With the exception of the fields located along the plane, this new photometry samples stars down to ~1-2 mag below the MS-TO with unprecedented accuracy. To demonstrate the tremendous potential inherent to this new dataset, we give few examples of possible applications such as: i) star counts studies through the dataset completeness map; ii) surface brightness map; and iii) cross-correlation with Gaia DR2. The database presented here represents an invaluable collection for the whole community, and we encourage its exploitation. The photometric catalogs including completeness information are publicly available through the ESO Science Archive.

研究动机与目标

• 为实现对银河系银心恒星族的详细研究，生成一份全面、深度且精确的光度目录。
• 通过采用 PSF 拟合测光法，克服以往 VVV 数据发布中的局限性，提升在密集与高度消光区域的测光精度与完整性。
• 通过人工恒星实验，评估整个 VVV 银心区域的测光完整性与精度。
• 为未来恒星年龄、金属丰度、运动学与银心结构研究提供公开、面向社区的可用数据集。

提出的方法

• 在 VVV 巡天的多 epoch J 和 Ks 图像上，使用 DAOPHOT/ALLFRAME 精炼 PSF 拟合测光法。
• 在全部 3,912 幅 VVV 图像上进行人工恒星实验，以校准各视场的测光完整性与精度。
• 生成覆盖整个约 300 deg² VVV 银心区域的 196 个独立测光目录，其极限星等分别为 Ks ≈ 20 和 J ≈ 21。
• 制作详细的完整性图，以支持可靠的星数密度与面亮度研究。
• 将新 VVV 测光数据与 Gaia DR2 进行交叉匹配，评估 Gaia 与地面近红外测光之间的协同效应。
• 通过欧洲南方天文台科学档案库，向公众发布完整测光目录，包含完整性信息。

实验结果

研究问题

• RQ1 在密集且高度消光的银河系银心区域，深度 J 和 Ks 测光的完整性与精度如何？
• RQ2 PSF 拟合测光在银心不同区域对老年主序星转折点的采样可达到何种星等极限？
• RQ3 在不同消光与密集程度下，Gaia DR2 与新 VVV PSF 测光在测光深度与完整性方面如何比较？
• RQ4 新测光目录是否可通过合成颜色-星等图拟合实现可靠的恒星年龄测定？
• RQ5 消光与密集程度对银心中红团星与主序星转折点恒星可探测性有何影响？

主要发现

• 该目录覆盖银河系银心区域约 300 deg²，包含近 6 亿颗恒星，测光深度达到 Ks ≈ 20 和 J ≈ 21。
• 红团星群体的测光完整性在银心区域从接近 100% 至 70% 不等，内场靠近银河系中心处降至 50%。
• 在外银心区域（|b| > 3.5°），老年主序星转折点的完整性超过 50%，支持恒星年龄与形成历史研究。
• Gaia DR2 测光在中心银心区域（b ≈ -4°）深度不足，无法有效采样主序星转折点，但在消光与密集度较低的区域仍具有效性。
• Gaia 与新 VVV PSF 测光的结合，可通过自行运动与更深的颜色-星等图，实现对银心与银盘恒星族更优的分离。
• 整个数据集，包括完整性图，均已通过欧洲南方天文台科学档案库向社区公开使用。