[論文レビュー] A dwarf galaxy's transformation and a massive galaxy's edge: autopsy of kill and killer in NGC 1097

N. C. Amorisco, David Martínez‐Delgado+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2015

History and Developments in Astronomy被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、薄く広がった恒星流の統計的モデリングを用いて、矮星族銀河が巨大なスパイラル銀河NGC 1097にどのように付加されたかを再構築した。特に鋭い「ドッグレッグ」特徴を示す流の形状を分析することで、母体の初期質量、軌道的進化、およびハローのダークマター密度プロファイルを推定し、0.6r₂₀₀における急峻な外側密度勾配γ ≈ 3.9を明らかにした。これはNGC 1097のハロー濃度がΛCDM理論と整合的であることを裏付けた。

ABSTRACT

(abridged) We present a dynamical analysis of the extended stellar stream encircling NGC 1097. Within a statistical framework, we model its surface brightness using mock streams as in Amorisco (2015) and deep imaging data from the CHART32 telescope (Stellar Tidal Stream Survey). We reconstruct the post-infall evolution of the progenitor, which has experienced 3 pericentric passages and lost more than 2 orders of magnitude in mass. At infall, $5.4\pm0.6$ Gyr ago, the progenitor was a disky dwarf with mass of $\log_{10}[m(<3.4\pm1 { m kpc})/ M_\odot]=10.35\pm0.25$. We illustrate how the 90$^\circ$ turn in the stream, identifying the `dog leg', is the signature of the progenitor's prograde rotation. Today, the remnant is a nucleated dwarf, with a LOS velocity of $v_{ m p, los}^{ m obs}=-30\pm 30$ kms$^{-1}$, and a luminosity of $3.3 imes 10^7 L_{V,\odot}$ (Galianni et al. 2010). Our independent analysis predicts $v_{ m p, los}=-51^{-17}_{+14}$ kms$^{-1}$, and measures $\log_{10}(m/ M_\odot)=7.4^{+0.6}_{-0.8}$, so that the compact nucleus is soon becoming a low-luminosity UCD. We find that NGC 1097 has a mass of $M_{200}=1.8^{+0.5}_{-0.4} imes 10^{12}\; M_{\odot}$, and its concentration $c_{200}=6.7^{+2.4}_{-1.3}$ is in agreement with LCDM. The stream is described almost down to the noise in a spherical host potential, we find this would not be possible if the halo was substantially triaxial at large radii. Its morphology shows that the slope of the total density profile bends from an inner $γ(r_{ m peri})=1.5\pm0.15$. The progenitor's orbit reaches $r_{ m apo}=150\pm 15$ kpc, more than a half of the virial radius of the host, so that, for the first time on an individual extragalactic halo, we measure the outer density slope, $γ(0.6r_{200,c})=3.9\pm0.5$. This demonstrates the promise of the newborn field of detailed, statistical modelling of extragalactic tidal streams.

研究の動機と目的

• 観測された恒星流を用いて、NGC 1097に付加された矮星族銀河の完全な流入後進化を再構築すること。
• 流の形状から、母体矮星族銀河の初期質量、軌道パラメータ、および内部構造（例：回転）を特定すること。
• 流の形状と運動学的特徴を用いて、NGC 1097のダークマターハローの全質量、濃度、密度プロファイルを推定すること。
• 流の形状が大半の半径で球対称か、もしくは三軸的ハロー潜在力場と整合的かどうかを検証すること。
• 残渣の進化的運命、特に低光度超コンパクト矮星（UCD）の形成経路としての可能性を評価すること。

提案手法

• N体シミュレーションから生成されたモック流を用いた、2次元表面輝度マップの統計的モデリング（Amorisco 2015）。
• CHART32望遠鏡の深紫外画像データを用い、表面輝度感度μr = 28.5 mag arcsec⁻²で流の形状を制約した。
• NGC 1097の球対称重力場モデルを観測流にフィットさせつつ、三軸的ハローモデルとの対比も行った。
• 流に沿ったエネルギーおよび角運動量勾配を用いて、母体の軌道的歴史（3回の近点通過を含む）を再構築した。
• 鋭い90°の曲がり（ドッグレッグ）が、内部運動に起因する一貫した脱出速度を示しており、母体の初期質量および内部回転を推定した。
• 統計的推論を用いて、残渣の現在の質量および視線速度を推定し、予測値と観測値を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 1097に存在する「ドッグレッグ」流を生じさせた矮星族銀河の初期質量および内部構造は何か？
• RQ2 流の形状は、NGC 1097のダークマターハローの密度プロファイルおよび形状をどのように制約するか？
• RQ3 母体矮星族銀河の軌道的歴史（流入時刻、近点距離、遠点距離）は何か？
• RQ4 母体の内部回転は、流に現れる鋭い「ドッグレッグ」特徴の形成にどのように寄与するか？
• RQ5 残渣の進化的運命は何か？また、これは低光度超コンパクト矮星（UCD）の形成経路を示唆するか？

主な発見

• 母体矮星族銀河の初期質量は、rₜ = 3.4 ± 1 kpcの範囲内でlog₁₀(m/M☉) = 10.35 ± 0.25であり、5.4 ± 0.6 Gyr前に流入後、質量の2桁以上を失った。
• 流の形状は、軌道面に対して傾いた大きな内部回転を持つ母体が、一貫した脱出速度を印加することで最もよく説明され、鋭い90°の「ドッグレッグ」特徴を形成した。
• 母銀河NGC 1097の半径200における全質量はM₂₀₀ = 1.8⁺⁰.⁵₋₀.⁴ × 10¹² M☉、濃度はc₂₀₀ = 6.7⁺².⁴₋₁.³であり、ΛCDM理論の予測と整合的である。
• ハロー密度の対数勾配は、内側領域でγ(rₚₑᵣᵢ) = 1.5 ± 0.15から、外側ハローでγ(0.6r₂₀₀) = 3.9 ± 0.5に変化し、個別銀河ハローにおける外側勾配の最初の直接測定結果となった。
• モデルは残渣の視線速度をvₚ,ₗₒₛ = −51⁻¹⁷₊₁⁴ km s⁻¹と予測し、観測値（−30 ± 30 km s⁻¹）と極めて良好に一致した。
• 残渣の現在の全質量はlog₁₀(m/M☉) = 7.4⁺⁰.⁶₋₀.⁸であり、そのコンパクト核（L ≈ 6.9 × 10⁵ L☉）は潮汐的剥ぎ取りによって低光度UCDへと進化する道筋にあると考えられる。