[论文解读] The usage of Stromgren photometry in studies of Local Group Dwarf Spheroidal Galaxies - Application to Draco: a new catalogue of Draco members and a study of the metallicity distribution function and radial gradients

Daniel Faria, S. Feltzing+5 more|ArXiv.org|Nov 29, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 47被引用 32

一句话总结

本研究证明，斯特罗姆根 uvby 光度法能有效识别 Draco 等矮椭球星系中的红巨星分支（RGB）成员，利用 c₁ 指数可将它们与前景矮星区分开。通过 m₁ 指数获得与年龄无关的金属量，揭示了 [Fe/H] = –1.74 dex 的金属量分布函数，并显示金属丰度较高的恒星在中心聚集，为 Draco dSph 提供了迄今最大的光度法金属量样本（169 颗恒星）。

ABSTRACT

In this paper we demonstrate how Stromgren uvby photometry can be efficiently used to: 1. Identify red giant branch stars that are members in a dwarf spheroidal galaxy. 2. Derive age-independent metallicities for the same stars and quantify the associated errors. Stromgren uvby photometry in a 11 x 22 arcmin field centered on the Draco dwarf spheroidal galaxy was obtained using the Isaac Newton Telescope on La Palma. Members of the Draco dSph galaxy were identified using the surface gravity sensitive c_1 index which discriminates between red giant and dwarf stars. Thus enabling us to distinguish the (red giant branch) members of the dwarf spheroidal galaxy from the foreground dwarf stars in our galaxy. The method is evaluated through a comparison of our membership list with membership classifications in the literature based on radial velocities and proper motions. The metallicity sensitive m_1 index was used to derive individual and age-independent metallicities for the members of the Draco dSph galaxy. The derived metallicities are compared to studies based on high resolution spectroscopy and the agreement is found to be very good. We present metallicities for 169 members of the red giant branch in the Draco dwarf spheroidal galaxy (the largest sample to date). The metallicity distribution function for the Draco dSph galaxy shows a mean [Fe/H] = -1.74 dex with a spread of 0.24 dex. The correlation between metallicity and colour for the stars on the red giant branch is consistent with a dominant old, and coeval population. There is a possible spatial population gradient over the field with the most metal-rich stars being more centrally concentrated than the metal-poor stars.

研究动机与目标

• 开发一种稳健、高效的基于光度法识别矮椭球星系（dSph）中红巨星分支（RGB）成员的方法。
• 利用斯特罗姆根 m₁ 指数为 dSph 中的单个 RGB 恒星推导出与年龄无关的金属量。
• 利用光度法金属量研究 Draco dSph 星系的金属量分布函数及径向梯度。
• 将该方法与现有的径向速度和自行成员分类结果进行验证。
• 为 Draco dSph 提供高精度、大样本的金属量星表，以促进对其恒星族和暗物质含量的深入研究。

提出的方法

• 使用威廉·赫歇尔望远镜对中心位于 Draco 的 11 × 22 弧分区域进行了斯特罗姆根 uvby 光度测量。
• 在 c₁ 与 (b−y) 平面中，利用对表面重力敏感的 c₁ 指数将 RGB 恒星（c₁ 值高）与前景矮星（c₁ 值低）区分开来。
• 利用对金属量敏感的 m₁ 指数，为 RGB 成员推导出个体化、与年龄无关的金属量。
• 应用 Hilker (2000) 校准关系，将 m₁ 值转换为 [Fe/H] 金属量。
• 通过与径向速度和自行星表交叉比对验证成员资格，结果表现出高度一致性。
• 利用半长轴和位置数据分析恒星的空间分布，以评估金属量的径向梯度。

实验结果

研究问题

• RQ1 斯特罗姆根 c₁ 指数能否可靠地区分 Draco dSph 中的红巨星分支成员与前景矮星？
• RQ2 从 m₁ 指数推导出的光度法金属量在多大程度上与 Draco dSph 中的高分辨率光谱测量结果一致？
• RQ3 在 Draco dSph 的内区是否存在金属量的径向梯度，即金属丰度较高的恒星是否更集中于中心？
• RQ4 基于光度法推导出的 Draco dSph 金属量分布函数与以往的光谱学和光度学研究相比如何？
• RQ5 该光度法是否可推广至 dSph 星系外区稀疏区域，并保持相似的可靠性？

主要发现

• 利用 c₁ 指数成功识别出 169 颗 Draco dSph 的红巨星分支成员，与径向速度和自行成员分类结果高度一致。
• 金属量分布函数与单个高斯分布一致，平均 [Fe/H] = –1.74 dex，标准差为 0.25 dex。
• 从 m₁ 指数推导出的光度法金属量与 Shetrone et al. (2001a) 的高分辨率光谱结果高度一致。
• 最富金属的恒星（[Fe/H] > –1.6 dex）明显比贫金属恒星更集中于中心，表明存在径向金属量梯度。
• 空间分布分析显示，金属丰度较高的恒星主要集中在核心半径（r_core = 7.7 弧分）内，支持存在中心聚集的富金属恒星族。
• 该方法可提供与年龄无关的金属量，克服了宽波段光度法中常见的年龄-金属量退化问题，为 dSph 恒星族的大规模研究提供了可能。