[论文解读] The distribution of nearby stars in phase space mapped by Hipparcos III. Clustering and streaming among A-F type stars

E. Chereul, M. Crézé+1 more|ArXiv.org|Sep 21, 1998

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 73

一句话总结

本研究利用三维小波分析对依巴谷星历表数据进行处理，绘制了距离太阳125秒差距内2,977颗A-F型主序星的相空间非均匀性图谱，揭示了聚集成团与流动结构。研究识别出已知的疏散星团与星协，发现了三个新的松散星团（御夫座、英仙座1、英仙座2），并发现经校正背景速度椭球后，63%的恒星属于大尺度速度结构——主要为埃金斯的超星团。

ABSTRACT

This paper presents the detailed results obtained in the search of density- velocity inhomogeneities in a volume limited and absolute magnitude limited sample of A-F type dwarfs within 125 parsecs of the Sun. A 3-D wavelet analysis is used to extract inhomogeneities, both in the density and velocity distributions. Having established a real picture of the phase space without assumption we come back to previously known observational facts regarding clusters and associations, superclusters. In the 3-D position space, well known open clusters (Hyades, Coma Berenices and Ursa Major), associations (parts of the Scorpio-Centaurus association) as well as the Hyades evaporation track are retrieved. Three new probably loose clusters are identified (Bootes, Pegasus 1 and 2). The sample is relatively well mixed in the position space since less than 7 per cent of the stars belong to structures with coherent kinematics, most likely gravitationally bound. In the velocity space, the majority of large scale velocity structures ($σ$ ~ 6.3 $km s-1$) are Eggen's superclusters (Pleiades SCl, Hyades SCl and Sirius SCl) with the whole Centaurus association. A new supercluster-like structure is found with a mean velocity between the Sun and Sirius SCl velocities. These structures are all characterized by a large age range which reflects the overall sample age distribution. Moreover, a few old streams of ~ 2 Gyr are also extracted at this scale with high U components. We show that all these large velocity dispersion structures represent 46% of the sample. Smaller scales (σ~ 3.8 and 2.4 $km s-1$) reveal that superclusters are always substructured by 2 or more streams which generally exhibit a coherent age distribution. Percentages of stars in these streams are 38% and 18% respectively.

研究动机与目标

• 利用高精度依巴谷星历数据，绘制太阳邻域内A-F型主序星相空间非均匀性（聚集成团与流动）的分布图。
• 识别引力束缚结构，如疏散星团与星协，并探测此前未知的松散星协。
• 量化处于运动学结构中的恒星比例，并通过年龄估计与速度 dispersion 分析评估其动力学演化状态。
• 采用基于小波的统计方法，无需先验假设，重建三维速度场，以分离真实结构与噪声。
• 通过估算的恒星年龄，将运动学结构与形成时的星际介质条件相联系。

提出的方法

• 应用三维小波分析，检测相空间中空间密度与速度分布偏离平滑均匀性的偏差。
• 采用 'à trous' 算法进行小波分解，并结合尺度相关的阈值处理，以识别显著的非均匀性。
• 实施一种统计收敛点方法，推断缺乏直接径向速度测量的恒星的径向速度。
• 开发一种补救性年龄估计方法，利用赫罗图中绝对星等、色指数（B-V）与恒星年龄之间的经验关系。
• 通过运动学与年龄标准，将检测到的结构与已知的疏散星团、星协及超星团进行交叉识别。
• 利用观测到的径向速度数据与速度椭球建模，评估检测到的星流中虚假成员星与场星的比例。

实验结果

研究问题

• RQ1 在距离太阳125秒差距内的邻近A-F型主序星相空间中，存在哪些运动学结构——聚集成团与星流？
• RQ2 这些恒星的空间分布与速度分布在多大程度上揭示了星团蒸发与星流混合的证据？
• RQ3 大尺度速度结构（超星团）与已知疏散星团及星协的相关性如何？其年龄分布特征是什么？
• RQ4 有多少比例的恒星参与了相干的运动学结构？在去除背景速度椭球后，该比例如何变化？
• RQ5 小波分析能否在径向速度数据不完整的情况下，探测到太阳邻域内此前未知的松散星团或星协？

主要发现

• 在相空间中识别出三个新的松散星团——御夫座、英仙座1与英仙座2，此前在光学巡天中未被探测到。
• 仅有7%的恒星处于密集且协同运动的聚集体中，表明尽管存在显著的运动学亚结构，位置空间中的混合程度仍很强。
• 样本中63%的恒星属于大尺度速度结构（σ̄_stream ≈ 6.3 km·s⁻¹），主要为埃金斯的超星团（毕宿星团、毕宿星团、天狼星星协）以及半人马座星协。
• 在去除背景速度椭球后，处于相干结构中的恒星比例下降至46%，证实了大尺度速度场的重要性。
• 在较小尺度上（σ̄_stream ≈ 3.8 和 2.4 km·s⁻¹），分别有38%与18%的恒星位于星流中，场星污染可忽略不计。
• 发现超星团内部可进一步细分为2个或更多具有相干年龄分布的星流，且较老的星流中聚集体之间的年龄分离程度降低。