[论文解读] Na-O anticorrelation and HB. IX. Kinematics of the program clusters. A link between systemic rotation and HB morphology?

M. Bellazzini, A. Bragaglia+5 more|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 84被引用 65

一句话总结

本研究分析了20个银河系球状星团中1,981颗恒星的视向速度，以探究星团运动学与多重恒星种群之间的关联。研究发现，归一化后的旋转速度与速度 dispersion 的比值（V_rot/σ₀）与水平分支形态之间存在强烈相关性，表明系统性旋转与星团形成及化学富集过程密切相关。

ABSTRACT

We use accurate radial velocities for 1981 member stars in 20 Galactic globular clusters, collected within our large survey aimed at the analysis of the Na-O anti-correlation, to study the internal kinematics of the clusters. We performed the first systematic exploration of the possible connections between cluster kinematics and the multiple populations phenomenon in GCs. We did not find any significant correlation between Na abundance and either velocity dispersion or systemic rotation. We searched for systemic rotation in the eight clusters of our sample that lack such analysis from previous works in the literature (NGC2808, NGC5904, NGC6171, NGC6254, NGC6397, NGC6388, NGC6441, and NGC6838). These clusters are found to span a large range of rotational amplitudes, from ~0.0 km/s (NGC6397) to ~13.0 km/s (NGC6441). We found a significant correlation between the ratio of rotational velocity to central velocity dispersion (V_{rot}/sigma_0) and the Horizontal Branch Morphology parameter (B-R)/(B+R+V). V_{rot}/sigma_0 is found to correlate also with metallicity, possibly hinting to a significant role of dissipation in the process of formation of globular clusters. V_{rot} is found to correlate well with (B-R)/(B+R+V), M_V, sigma_0 and [Fe/H]. All these correlations strongly suggest that systemic rotation may be intimately linked with the processes that led to the formation of globular clusters and the stellar populations they host.

研究动机与目标

• 探究球状星团内部运动学与多重种群现象之间潜在的关联。
• 利用大规模光谱巡天的视向速度数据，评估钠元素丰度是否与速度 dispersion 或系统性旋转相关。
• 系统测量此前未分析过旋转的八个星团的系统性旋转。
• 探究运动学特性是否与与化学自富集相关的星团形成过程相关。

提出的方法

• 利用大规模光谱巡天（Giraffe 和 UVES/VLT）获得的精确视向速度（RVs），分析20个银河系球状星团中1,981颗成员恒星的数据。
• 进行视向速度分析，以确定每个星团的系统性旋转幅度（A_rot）和中心速度 dispersion（σ₀）。
• 应用Spearman等级相关性检验，评估A_rot/σ₀与多种星团参数（包括水平分支形态、金属丰度、质量及结构特性）之间的统计关系。
• 使用(B-R)/(B+R+V)参数作为水平分支形态的代理指标，[Fe/H]作为金属丰度的指标。
• 通过线性组合参数（LC1 和 LC2）测试相关性，以增强统计显著性。
• 排除半光半径内的恒星，以最小化污染并确保成员恒星的高可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 球状星团恒星中，钠元素丰度是否与系统性旋转或速度 dispersion 显著相关？
• RQ2 此前未测量过旋转的星团是否表现出系统性旋转模式，其表现与已知旋转系统相比如何？
• RQ3 旋转速度与速度 dispersion 的比值（V_rot/σ₀）是否与水平分支形态相关？
• RQ4 诸如A_rot或A_rot/σ₀等运动学特性是否可与星团的金属丰度、质量或结构参数相关联？
• RQ5 所观测到的相关性是否暗示星团运动学与导致多重种群形成的形成过程之间存在物理关联？

主要发现

• 未发现钠元素丰度与速度 dispersion 或系统性旋转之间存在显著相关性，表明钠元素并非这些星团中运动学亚结构的示踪剂。
• 发现八个星团（NGC2808、NGC5904、NGC6171、NGC6254、NGC6397、NGC6388、NGC6441、NGC6838）具有旋转幅度，范围从约0.0 km s⁻¹（NGC6397）到约13.0 km s⁻¹（NGC6441）。
• 在V_rot/σ₀与水平分支形态参数(B-R)/(B+R+V)之间发现强烈负相关性（Spearman r = -0.769，p = 2×10⁻⁵），表明更极端的水平分支形态与更高的旋转支持相关。
• V_rot/σ₀还与金属丰度[Fe/H]表现出显著正相关，提示耗散过程可能在星团形成中发挥作用。
• 旋转速度A_rot与(B-R)/(B+R+V)、M_V、σ₀和[Fe/H]均显著相关，所有p值均≤0.007。
• 线性组合LC1 = (B-R)/(B+R+V) + 0.47M_V与LC2 = M_V - 1.73[Fe/H]与A_rot表现出极强相关性（r = -0.888 和 -0.811，分别，p < 2×10⁻⁶），凸显了运动学与形态学关联的稳健性。