[论文解读] Properties of the Milky Way's Old Populations Based on Photometric Metallicities of the OGLE RR Lyrae Stars

P. Pietrukowicz, A. Udalski+12 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 7

一句话总结

本研究利用来自91,000颗OGLE RR Lyrae星的测光金属丰度，揭示了银河系古老恒星族群由三个截然不同的组分构成：晕、银心和银盘，其金属丰度峰值分别位于[Fe/H]_J95 ≈ −1.2、−1.0和−0.6 dex。研究发现，约三分之一的银心RR Lyrae星属于晕的污染星，支持了晕由吸积矮星系形成的观点。

ABSTRACT

We have used photometric data on almost 91 000 fundamental-mode RR Lyrae stars (type RRab) detected by the OGLE survey to investigate properties of old populations in the Milky Way. Based on their metallicity distributions, we demonstrate that the Galaxy is built from three distinct old components: halo, bulge, and disk. The distributions reach their maxima at approximately [Fe/H]_J95 = -1.2, -1.0, and -0.6 dex on the Jurcsik's metallicity scale, respectively. We find that, very likely, the entire halo is formed from infalling dwarf galaxies. It is evident that halo stars penetrate the inner regions of the Galactic bulge. We estimate that about one-third of all RR Lyr stars within the bulge area belong in fact to the halo population. The whole old bulge is dominated by two populations, A and B, represented by a double sequence in the period-amplitude (Bailey) diagram. The boundary in iron abundance between the halo and the disk population is at about [Fe/H]_J95 = -0.8 dex. Using Gaia DR2 for RRab stars in the disk area, we show that the observed dispersion of proper motions along the Galactic latitude decreases smoothly with the increasing metal content excluding a bump around [Fe/H]_J95 = -1.0 dex.

研究动机与目标

• 利用大而均匀的RR Lyrae星样本，表征银河系古老恒星族群的化学与运动学结构。
• 基于测光金属丰度，确定古老组分（晕、银心和银盘）的数量及其金属丰度分布。
• 通过检验晕的金属丰度分布是否与吸积的矮星系一致，探究晕的起源。
• 评估银盘和银心区域RR Lyrae星的空间分布与运动学特征，特别是多重族群的存在。
• 验证利用光变周期与光曲形状推导的测光金属丰度在大尺度银河系结构研究中的适用性。

提出的方法

• 基于脉动周期与光曲形状，采用Jurcsik & Kovács (1996)方法推导RRab星的测光金属丰度。
• 分析基于OGLE巡天的91,000颗RRab星样本，覆盖银河系银心/银盘区域2750 deg²及大、小麦云系统765 deg²。
• 通过与球状星团及矮椭球星系星表交叉匹配，剔除来自外部系统的污染星。
• 在银河系银心、银盘和晕区域分析金属丰度分布，以识别不同的恒星族群。
• 利用Gaia DR2数据测量自行速度弥散度，并与金属丰度相关联，以推断运动学结构。
• 通过混合实验将大、小麦云及Sgr dSph的RR Lyrae星族群组合，模拟晕的金属丰度分布。

实验结果

研究问题

• RQ1 银河系古老恒星族群——晕、银心和银盘——的金属丰度分布有何不同，这些差异如何通过RR Lyrae星揭示？
• RQ2 晕星在银河系银心区域的RR Lyrae星中占多大比例？
• RQ3 银河系晕的金属丰度分布是否与来自吸积矮星系的形成模型一致？
• RQ4 如先前小样本巡天所提示，银盘族群中是否存在多个运动学或化学组分？
• RQ5 在银道面纬度方向，银盘中自行速度弥散度如何随金属丰度变化？这反映了古老银盘的何种结构特征？

主要发现

• 银河系古老恒星族群由三个截然不同的组分构成：晕、银心和银盘，其金属丰度峰值分别为[Fe/H]_J95 ≈ −1.2、−1.0和−0.6 dex。
• 在银心附近20°范围内，约三分之一的RR Lyrae星属于晕族群，该比例在距银心得10°范围内降至四分之一。
• 晕的金属丰度分布与大、小麦云及Sgr dSph族群的叠加分布一致，支持晕由吸积矮星系形成的假设。
• 银盘族群表现出双峰金属丰度分布，峰值分别位于[Fe/H]_J95 ≈ −1.2 dex（晕）和−0.6 dex（银盘），表明存在两个独立组分。
• 在银盘中，纬向自行速度弥散度随金属丰度平滑减小，但在[Fe/H]_J95 ≈ −1.0 dex处出现一个异常峰，暗示该金属丰度处存在运动学异常。
• RR Lyrae星的空间分布未观测到翘曲或显著不对称性，表明存在一个对称、薄的古老银盘，且无额外银盘组分的证据，除已通过金属丰度识别出的两个组分外。