[论文解读] The local star formation history of the thin disc derived from kinematic data

A. Just, H. Jahreiß|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 5

一句话总结

本研究利用依巴谷星表和邻近恒星的运动学数据，基于动力学平衡下的垂直结构模型，推导出银河系薄盘的局部恒星形成历史（SFH）。结果表明，恒星形成历史呈下降趋势，峰值出现在100亿年前，速度弥散-年龄关系的幂律指数为0.375，由此得出的初始质量函数（IMF）在1 M⊙附近无拐点，与观测到的主序星计数和运动学数据一致。

ABSTRACT

We present an evolutionary disc model for the thin disc in the solar cylinder based on a continuous star formation history and a continuous dynamical heating of the stellar subpopulations. The vertical distribution of the stellar subpopulations are calculated self-consistently in dynamical equilibrium. The SFR and AVR of the stellar subpopulations are determined by fitting the velocity distribution functions of main sequence stars. The SFR shows a maximum 10 Gyr ago declining by a factor of 10 until present time. A constant SFR can be ruled out. The velocity dispersion of the stellar subpopulations increase with age according to a power law with index 0.375. The new scale heights lead to a best fit IMF with power-law indices of 1.5 below and 4.0 above 1.6 Msun, which has no kink around 1 Msun. Including a thick disc component results in slight variations of the thin disc properties, but has a negligible influence on the SFR. A variety of predictions are made concerning the number density, age and metallicity distributions of stellar subpopulations as a function of z above the galactic plane.

研究动机与目标

• 利用主序星的运动学数据，确定太阳邻近区域薄盘的局部恒星形成历史（SFH）。
• 在动力学平衡下自洽地建模盘面的垂直结构，综合考虑恒星形成、动力学加热和化学演化。
• 从观测的恒星计数中推导初始质量函数（IMF），并校正恒星有限寿命和标高变化的影响。
• 检验模型与观测到的面密度、质量比和速度分布函数的一致性。
• 评估在模型中引入厚盘组分对推导出的SFH和IMF的影响。

提出的方法

• 构建一个自洽的盘模型，包含恒星、气体和暗物质组分，其中恒星子群按年龄和速度弥散度定义。
• 利用依巴谷星表和邻近恒星目录（CNS4）的运动学数据，选取体积完整、光谱型为B至K的主序星样本。
• 将这些子群的观测垂直速度分布函数 f(|W|) 拟合，以推断恒星形成率（SFR）和年龄-速度弥散度关系（AVR）。
• 通过校正恒星寿命和标高变化，将观测到的当前质量函数（PDMF）转换为真实的IMF。
• 采用包含气体吸积的化学演化模型，重现G型星的 [Fe/H] 分布。
• 通过最小化预测与观测速度分布函数之间的残差，利用模板函数网格优化SFR和AVR。

实验结果

研究问题

• RQ1 与运动学数据一致的太阳邻近区域薄盘的时间依赖恒星形成历史是什么？
• RQ2 恒星群体的速度弥散度如何随年龄演化？何种函数形式最能描述年龄-速度弥散度关系（AVR）？
• RQ3 薄盘的真实初始质量函数（IMF）是什么？需校正恒星有限寿命和标高效应。
• RQ4 推导出的SFH和IMF与通过其他方法（如等龄线拟合或星团研究）推断的结果相比如何？
• RQ5 在模型中引入厚盘组分对薄盘属性的推导结果有何影响？

主要发现

• 恒星形成率（SFR）在100亿年前达到峰值，并向现今下降约10倍，时间常数为50亿年。
• 年龄-速度弥散度关系（AVR）符合幂律关系，指数为0.375，表明随时间持续发生动力学加热。
• 最佳拟合的初始质量函数（IMF）在1.61 M⊙以下的幂律指数为1.5，在1.61 M⊙以上的指数为3.95，1 M⊙附近无拐点。
• 推导出的IMF与观测到的当前质量函数（PDMF）一致，并与太阳邻近A型星的数量计数相符。
• 引入厚盘组分仅对薄盘参数产生微小调整，对SFR影响可忽略不计。
• 该模型成功重现了主序星在银河系平面高度方向上的观测局部运动学、面密度和金属度分布。