[论文解读] The GIRAFFE Inner Bulge Survey (GIBS). I. Survey Description and a kinematical map of the Milky Way bulge

M. Zoccali, O. A. González+11 more|arXiv (Cornell University)|Jan 20, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 106被引用 68

一句话总结

本文介绍了GIRAFFE内银晕 Survey（GIBS），这是一项利用FLAMES/VLT对银河系银晕中6,392颗红巨星进行高分辨率光谱观测的调查。该研究在24个场中测得径向速度和金属丰度，揭示了与圆柱形旋转一致的运动学图景，并在(l, b) = (0, -1)和(0, -2)处发现速度弥散度峰值，表明在银河系中心附近约250 pc范围内存在致密的中心结构。

ABSTRACT

The Galactic bulge is a massive, old component of the Milky Way. It is known to host a bar, and it has recently been demonstrated to have a pronounced boxy/peanut structure in its outer region. Several independent studies suggest the presence of more than one stellar populations in the bulge, with different origins and a relative fraction changing across the bulge area. This is the first of a series of papers presenting the results of the Giraffe Inner Bulge Survey, carried out at the ESO-VLT with the multifibre spectrograph FLAMES. Spectra of ~5000 red clump giants in 24 bulge fields have been obtained at resolution R=6500, in the infrared Calcium triplet wavelength region at 8500 Å. They are used to derive radial velocities and metallicities, based on new calibration specifically devised for this project. Radial velocities for another ~1200 bulge red clump giants, obtained from similar archive data, have been added to the sample. Higher resolution spectra have been obtained for 450 additional stars at latitude b=-3.5, with the aim of investigating chemical abundance patterns variations with longitude, across the inner bulge. In total we present here radial velocities for 6392 RC stars. We derive a radial velocity, and velocity dispersion map of the Milky Way bulge, useful to be compared with similar maps of external bulges, and to infer the expected velocities and dispersion at any line of sight. The K-type giants kinematics is consistent with the cylindrical rotation pattern of M-giants from the BRAVA survey. Our sample enables to extend this result to latitude b=-2, closer to the Galactic plane than probed by previous surveys. Finally, we find strong evidence for a velocity dispersion peak at (0,-1) and (0,-2), possibly indicative of a high density peak in the central 250 pc of the bulge

研究动机与目标

• 通过红巨星的径向速度和金属丰度，绘制银河系银晕的运动学图景。
• 研究银晕的动力学结构，特别是棒状结构和X形（盒状/花生状）结构的存在。
• 将运动学约束扩展至比以往调查更低的银纬（b = -2），更接近银河平面。
• 通过分析内银晕区域恒星族和速度弥散度的变化，评估银晕的形成历史。
• 为未来与外部星系及动力学模型的比较，提供高精度的径向速度和金属丰度目录。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台甚大望远镜（ESO VLT）上的FLAMES/GIRAFFE仪器，对约6,400颗红巨星进行光谱观测。
• 在红外Ca II三重线区域（约8,500 Å）以分辨率R ≈ 6,500进行观测，该区域优化了径向速度和金属丰度的测量。
• 为本项目专门开发了一套新校准方法，以从观测光谱中准确推导金属丰度。
• 通过交叉相关技术测量径向速度，并进行了仔细的误差估计。
• 在b = -3.5°处获取了约450颗恒星的高分辨率光谱，以研究内银晕区域的化学丰度梯度。
• 最终样本包含来自主调查和档案数据的6,392条径向速度测量结果，实现了全面的运动学图绘。

实验结果

研究问题

• RQ1 银河系银晕是否表现出圆柱形旋转？其运动学特性在低银纬（b = -2°）处如何延伸？
• RQ2 内银晕区域的速度弥散度空间分布如何？是否存在局部峰值，提示存在致密的中心结构？
• RQ3 与BRAVA调查中M型巨星的运动学特性相比，K型红巨星的运动学行为有何异同？
• RQ4 基于运动学和金属丰度的变化，是否有证据表明银晕中存在多个恒星族或结构组分？
• RQ5 所观测到的运动学特征能否与涉及缓慢演化、盘面不稳定性或小质量并合的形成情景相协调？

主要发现

• 银河系银晕的径向速度图显示，其运动学模式与圆柱形旋转一致，且延伸至b = -2°，比以往调查更接近银河平面。
• 在(l, b) = (0, -1)和(0, -2)处检测到显著的速度弥散度峰值，表明在银晕中心约250 pc范围内存在高密度集中区。
• K型红巨星的运动学行为与BRAVA调查中M型巨星先前观测到的圆柱形旋转模式一致，证实了不同恒星类型之间的一致性。
• 本调查提供了6,392颗红巨星的径向速度和金属丰度同质化目录，为未来与外部星系及动力学模型的比较提供了基础。
• 数据支持银晕具有复杂结构，存在棒状结构和X形（盒状/花生状）形态的证据，表明银晕可能无法完全由经典并合或纯缓慢演化模型解释。
• 结果与一种形成情景一致：即在富含气体、高红移的前身星系中发生盘面不稳定性，导致快速银晕形成，并随后发展出棒状和X形结构。