[论文解读] Photometric and kinematical analysis of Koposov 12 and Koposov 43 open clusters

W. H. Elsanhoury|arXiv (Cornell University)|Mar 25, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 83被引用 6

一句话总结

本研究利用交叉匹配的PPMXL与Gaia DR2数据，对研究不足的疏散星团Koposov 12（FSR 802）和Koposov 43（FSR 848）进行了测光与运动学分析。通过应用天体测量成员星筛选及在J、H、Ks、G、GBP和GRP波段的等年龄线拟合，作者得出两者的年龄分别为log(age/yr) = 9.00 ± 0.20和9.50 ± 0.20，距离分别为1850 ± 43 pc和2500 ± 50 pc，质量分别为364 ± 19 M☉和352 ± 19 M☉，且两个星团均被发现处于动力学松弛状态。

ABSTRACT

We present a photometric and kinematical analysis of two and poorly studied open clusters; Koposov 12 (FSR 802) and Koposov 43 (FSR 848) by using cross-matched data from PPMXL and Gaia DR2 catalog. We use astrometric parameters to identify 285 and 310 cluster members for Koposov 12 and Koposov 43, respectively. Using the extracted member candidates and isochrone fitting to near-infrared (J, H, Ks) and Gaia DR2 bands (G, GBP, GRP), and Color Magnitude Diagrams (CMDs), we have estimated ages: log (age/yr) = 9.00 +/- 0.20 and 9.50 +/- 0.20, and distances d = 1850 +/- 43 pc and 2500 +/- 50 pc for Koposov 12 and Koposov 43, respectively, assuming Solar metallicity (Z=0.019). The estimated masses of the cluster derived using initial mass function and synthetic CMD are 364 +/- 19 M_sun and 352 +/- 19 M_sun. We have also computed their velocity ellipsoid parameters based on (3x3) matrix elements (mu_ij).

研究动机与目标

• 确定两个研究不足的疏散星团Koposov 12（FSR 802）和Koposov 43（FSR 848）的基本天体物理参数——年龄、距离、消光和质量。
• 通过交叉匹配的PPMXL与Gaia DR2星表中的完整天体测量解（自行与星等不确定性），改进成员星判定。
• 首次估算这两个星团的动力学特性，包括弛豫时间、蒸发时间及速度张量参数（VEPs）。
• 通过蒸发时间与弛豫时间之比τ ≫ 1来评估星团的动力学状态，表明其处于动力学平衡。

提出的方法

• 将PPMXL星表（J、H、Ks波段）与Gaia DR2（G、GBP、GRP波段）的天体测量与测光数据进行交叉匹配，识别成员星概率≥50%的星体。
• 构建近红外与Gaia波段的色-星等图（CMD），通过等年龄线拟合估算年龄与距离。
• 利用径向密度分布分析，从成员星的空间分布中确定星团中心与核心半径（rt）。
• 利用初始质量函数（IMF）与合成CMD估算星团总质量。
• 通过空间速度分量（U、V、W）及其方差的(3×3)矩阵计算速度张量参数（VEPs），分析内部运动学特性。
• 计算动力学演化 timescales，包括穿越时间（Tcross）、弛豫时间（Trelax）与蒸发时间（τev），以评估星团的动力学状态。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于多波段测光与天体测量成员星判定，Koposov 12与Koposov 43的年龄、距离与消光为何？
• RQ2 两星团在空间速度与速度张量参数等运动学特性方面有何差异？
• RQ3 根据动力学演化timescales，Koposov 12与Koposov 43是否处于动力学松弛状态？
• RQ4 这些星团的总质量是多少？与典型疏散星团质量相比如何？
• RQ5 τ ≫ 1比值在判断星团动力学平衡状态中的意义为何？

主要发现

• 基于J、H、Ks、G、GBP与GRP波段的等年龄线拟合，Koposov 12（FSR 802）的年龄估计为log(age/yr) = 9.00 ± 0.20，而Koposov 43（FSR 848）更老，为log(age/yr) = 9.50 ± 0.20。
• Koposov 12的距离为1850 ± 43 pc，Koposov 43为2500 ± 50 pc，均基于测光与天体测量拟合，假设太阳金属丰度（Z = 0.019）。
• Koposov 12的总质量为364 ± 19 M☉，Koposov 43为352 ± 19 M☉，通过初始质量函数与合成CMD估算得出。
• 星团处于动力学松弛状态，表现为Koposov 12的τ = 15.38 ± 3.92，Koposov 43的τ = 36.72 ± 6.06，τ ≫ 1证实其处于平衡状态。
• 速度张量参数（VEPs）由空间速度（U、V、W）计算得出，揭示出不同的运动学结构：Koposov 43的速度弥散度（σV = 496 ± 4.50 km/s）高于Koposov 12（σV = 122 ± 9.00 km/s）。
• 星团的核心半径分别为rt = 9.80 ± 3.13 pc（Koposov 12）与9.70 ± 3.11 pc（Koposov 43），弛豫时间分别为65.017 ± 8.06 Myr与86.125 ± 9.28 Myr。