[论文解读] The Geneva-Copenhagen Survey of the Solar neighbourhood II. New uvby calibrations and rediscussion of stellar ages, the G dwarf problem, age-metallicity diagram, and heating mechanisms of the disk

Johan Holmberg, B. Nordström+1 more|ArXiv.org|Jul 13, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 47被引用 245

一句话总结

本文使用改进的uvbyβ光度校准方法，重新评估了太阳邻域的日内瓦-哥本哈根巡天（Geneva-Copenhagen Survey），针对F型和G型星的有效温度、金属丰度、距离和年龄进行了校准。研究确认等龄线年龄现在可被可靠确定，发现年龄-金属丰度关系呈平坦趋势，且存在较大的固有离散度（σ_intrinsic = 0.20 dex），并表明薄盘加热作用在整个其生命周期中持续存在，而用于区分薄盘与厚盘的运动学标准必须使用最老的薄盘恒星，以避免受到年轻星族的污染。

ABSTRACT

Ages, metallicities, space velocities, and Galactic orbits of stars in the Solar neighbourhood are fundamental observational constraints on models of galactic disk evolution. We aim to consolidate the calibrations of uvby photometry into Te, [Fe/H], distance, and age for F and G stars and rediscuss the results of the Geneva-Copenhagen Survey (Nordstrom et al. 2004; GCS) in terms of the evolution of the disk. We substantially improve the Te and [Fe/H] calibrations for early F stars, where spectroscopic temperatures have large systematic errors. Our recomputed ages are in excellent agreement with the independent determinations by Takeda et al. (2007), indicating that isochrone ages can now be reliably determined. The revised G-dwarf metallicity distribution remains incompatible with closed-box models, and the age-metallicity relation for the thin disk remains almost flat, with large and real scatter at all ages (sigma intrinsic = 0.20 dex). Dynamical heating of the thin disk continues throughout its life; specific in-plane dynamical effects dominate the evolution of the U and V velocities, while the W velocities remain random at all ages. When assigning thick and thin-disk membership for stars from kinematic criteria, parameters for the oldest stars should be used to characterise the thin disk.

研究动机与目标

• 改进F型和G型星有效温度、金属丰度、距离和年龄的uvbyβ光度校准精度。
• 利用更新的数据和模拟，重新评估恒星年龄、G型星问题以及年龄-金属丰度关系。
• 评估视星等限幅的GCS样本中系统误差和选择偏差的影响，特别是对运动学和化学性质的影响。
• 通过与独立的光谱年龄估计进行比较，验证基于等龄线的年龄确定的可靠性。
• 阐明动力学加热在塑造银河系盘动力学特性中的作用，特别是对U、V和W速度分量的影响。

提出的方法

• 利用高分辨率光谱、Hipparcos视差、V-K光度和角直径数据，对uvbyβ光度校准进行精细化。
• 在具有已知内在属性的合成恒星星表上进行广泛的数值模拟，以检验年龄和运动学推导的稳健性。
• 使用贝叶斯方法结合理论等龄线重新计算恒星年龄，并与Takeda等人（2007年）的独立年龄估计进行比较。
• 重新评估毕宿星团作为校准标准，发现其存在光度测量偏差和非标准氦丰度，因此不适用于场星的校准。
• 分析视星等限幅样本和蓝色颜色截止带来的选择效应，模拟其对观测到的年龄-金属丰度关系和年龄-速度关系的影响。
• 评估用于区分薄盘与厚盘的运动学标准，强调必须使用最老的薄盘恒星，以避免年轻星族的污染。

实验结果

研究问题

• RQ1 改进的uvbyβ光度校准如何影响F型和G型星有效温度、金属丰度、距离和年龄的测定？
• RQ2 修订后的薄盘年龄-金属丰度关系与封闭盒模型预测的偏离程度如何？其固有离散度是多少？
• RQ3 基于等龄线的年龄是否可以被可靠确定？其与独立的光谱年龄估计相比如何？
• RQ4 动力学加热在塑造薄盘运动学特性中起什么作用？其随时间如何演化？
• RQ5 视星等限幅GCS样本中的选择效应如何影响观测到的年龄-速度关系和年龄-金属丰度关系？

主要发现

• 对早型F星的有效温度和金属丰度校准经修订后，显著降低了系统误差，特别是在光谱温度此前不可靠的区域。
• 在任意给定年龄下，金属丰度的固有离散度较大且真实存在，σ_intrinsic = 0.20 dex，表明化学富集历史存在显著的局域差异。
• 薄盘的年龄-金属丰度关系保持基本平坦，随时间没有显著的平均金属丰度上升，与封闭盒模型预测相矛盾。
• 等龄线年龄现在可被稳健确定，与Takeda等人（2007年）的独立年龄估计高度一致（差异约10%），验证了该方法的可靠性。
• 薄盘的动力学加热在整个生命周期中持续存在，平面速度分量（U和V）表现出随时间演化的特征，而W速度在所有年龄下均保持随机。
• 用于分离薄盘与厚盘的运动学标准必须基于最老的薄盘恒星，因为年轻样本可能受到如 Hercules 流等运动学子结构的污染。