[论文解读] The stellar content of the Hamburg/ESO survey. IV. Selection of candidate metal-poor stars

N. Christlieb, T. Schörck+4 more|ArXiv.org|Apr 9, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 51被引用 83

一句话总结

本文提出了一种定量的、多波长的选择方法，用于从汉堡/ESO巡天（HES）中识别金属贫乏恒星候选体，方法基于Ca II K线的等值宽度（KP指数）、HES导出的B-V色指数以及2MASS的J-K色指数。该方法对[Fe/H] > -2.0的恒星实现了超过97%的剔除率，对[Fe/H] < -3.5的恒星实现了接近100%的完整性，最终在8,853 deg²的天区中获得了20,271个候选体，由于其更暗的星等极限（B ≈ 17.2），其巡天体积比HK巡天大了约10倍。

ABSTRACT

We present the quantitative methods used for selecting candidate metal-poor stars in the Hamburg/ESO objective-prism survey (HES). The selection is based on the strength of the Ca II K line, B-V colors (both measured directly from the digital HES spectra), as well as J-K colors from the 2 Micron All Sky Survey. The KP index for Ca II K can be measured from the HES spectra with an accuracy of 1.0 Angstrom, and a calibration of the HES B-V colors, using CCD photometry, yields a 1-sigma uncertainty of 0.07 mag for stars in the color range 0.3 &lt; B-V &lt; 1.4. These accuracies make it possible to reliably reject stars with [Fe/H] &gt; -2.0 without sacrificing completeness at the lowest metallicities. A test of the selection using 1121 stars of the HK survey of Beers, Preston, and Shectman present on HES plates suggests that the completeness at [Fe/H] &lt; -3.5 is close to 100% and that, at the same time, the contamination of the candidate sample with false positives is low: 50% of all stars with [Fe/H] &gt; -2.5 and 97% of all stars with [Fe/H] &gt; -2.0 are rejected. The selection was applied to 379 HES fields, covering a nominal area of 8853 square degrees of the southern high Galactic latitude sky. The candidate sample consists of 20,271 stars in the magnitude range 10 &lt; B &lt; 18. A comparison of the magnitude distribution with that of the HK survey shows that the magnitude limit of the HES sample is about 2 mag fainter. Taking the overlap of the sky areas covered by both surveys into account, it follows that the survey volume for metal-poor stars has been increased by the HES by about a factor of 10 with respect to the HK survey. We have already identified several very rare objects with the HES, including, e.g., the three most heavy-element deficient stars currently known.

研究动机与目标

• 开发一种可靠且定量的方法，用于从汉堡/ESO巡天（HES）的数字光谱中选择金属贫乏恒星候选体。
• 在HK巡天的基础上进行改进，通过扩展到更暗的星等和更高的银纬区域，扩大巡天体积。
• 在保持对最金属贫乏恒星高完整性的同时，最大限度减少非金属贫乏恒星的污染。
• 通过定义一个清晰理解的选择函数，使未来能够对银河系金属贫乏晕族恒星开展统计研究。
• 识别此前巡天未能探测到的稀有极端金属贫乏恒星（例如[Fe/H] < -5.0）。

提出的方法

• 直接从HES的数字光谱中测量Ca II K线的等值宽度（KP指数），精度为±1.0 Å。
• 利用CCD测光对HES导出的B-V色指数进行校准，使0.3 < B-V < 1.4范围内的1-σ不确定度达到0.07 mag。
• 将KP指数与HES的B-V色指数结合2MASS巡天的J-K色指数，在参数空间中定义一个颜色-指数选择窗口。
• 采用Beers等人（1999）提出的筛选标准，该标准将KP、B-V与J-K与[Fe/H]关联，以识别[Fe/H] < -2.5的候选体。
• 通过人工目视检查剔除假阳性样本，并对最终候选体列表进行优化，重点关注最具前景的天体。
• 利用1,121颗位于HES底片上的HK巡天恒星组成的测试样本，验证筛选方法的完整性与污染率。

实验结果

研究问题

• RQ1 HES筛选方法对[Fe/H] < -3.5的恒星完整性如何？
• RQ2 该方法在剔除[Fe/H] > -2.0和[Fe/H] > -2.5的恒星方面效果如何？
• RQ3 由于更暗的星等极限，HES巡天体积相比HK巡天扩大了多少？
• RQ4 HES导出的测光指标（KP、B-V）在预测金属丰度方面的准确性如何？
• RQ5 该方法能否可靠识别出极端金属贫乏恒星（如[Fe/H] < -5.0）及稀有天体？

主要发现

• 基于1,121颗HK巡天恒星的测试样本，HES筛选方法对[Fe/H] < -3.5的恒星实现了接近100%的完整性。
• 该方法成功剔除了97%的[Fe/H] > -2.0恒星，以及50%的[Fe/H] > -2.5恒星，表明候选体样本中的污染程度极低。
• HES覆盖了8,853 deg²的南天高银纬天区，扣除重叠区域后有效巡天面积为6,726 deg²。
• HES样本的星等极限（B ≈ 17.2）比HK巡天（B ≈ 15.2）暗约2个星等，使金属贫乏恒星的巡天体积扩大了约10倍。
• 该方法成功识别出若干极为稀有的天体，包括目前已知的三颗最缺重元素的恒星。
• 选择函数定义清晰且可量化，为未来开展银河系金属贫乏晕族恒星的统计研究（包括金属丰度分布函数的低金属丰度尾部）提供了基础。