[論文レビュー] A Population of Accreted SMC Stars in the LMC

Knut Olsen, Dennis Zaritsky+3 more|arXiv (Cornell University)|May 31, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 48被引用数 57

ひとこと要約

本研究では、ローカルスモールマゼラン雲（LMC）の星々の約5％が、LMCのディスク回転と整合しない運動学的性質を示しており、これはそれらが小マゼラン雲（SMC）から捕獲されたものであることを示している。径方向速度、Caハイドロキシル線の金属量測定、空間的分布を用いて、著者らはこれらの星々が反転回転しているか、あるいは非常に傾いたディスク上にあり、かつ以前は潮汐破壊の痕跡であると考えられていたH Iアームと関連していることを示した。これは、アームが実際にはSMCからの降下物質である可能性を示唆している。

ABSTRACT

We present an analysis of the stellar kinematics of the Large Magellanic Cloud based on ~5900 new and existing velocities of massive red supergiants, oxygen-rich and carbon-rich AGB stars, and other giants. After correcting the line-of-sight velocities for the LMC's space motion and accounting for asymmetric drift in the AGB population, we derive a rotation curve that is consistent with all of the tracers used, as well as that of published HI data. The amplitude of the rotation curve is v_0=87+/-5 km s^-1 beyond a radius R_0=2.4+/-0.1 kpc, and has a position angle of the kinematic line of nodes of theta=142 degrees +/-5 degrees. By examining the outliers from our fits, we identify a population of 376 stars, or >~5% of our sample, that have line-of-sight velocities that apparently oppose the sense of rotation of the LMC disk. We find that these kinematically distinct stars are either counter-rotating in a plane closely aligned with the LMC disk, or rotating in the same sense as the LMC disk, but in a plane that is inclined by 54 degrees +/- 2 degrees to the LMC. Their kinematics clearly link them to two known HI arms, which have previously been interpreted as being pulled out from the LMC. We measure metallicities from the Ca triplet lines of ~1000 LMC field stars and 30 stars in the kinematically distinct population. For the LMC field, we find a median [Fe/H]=-0.56 +/- 0.02 with dispersion of 0.5 dex, while for the kinematically distinct stars the median [Fe/H] is -1.25 +/- 0.13 with a dispersion of 0.7 dex. The metallicity differences provide strong evidence that the kinematically distinct population originated in the SMC. This interpretation has the consequence that the HI arms kinematically associated with the stars are likely falling into the LMC, instead of being pulled out.

研究の動機と目的

• 質量の大きな赤超巨星およびAGB星の径方向速度を用いて、大マゼラン雲（LMC）の内部運動学的性質を調査すること。
• LMC内に存在する運動学的に特徴的な星の集団を特定・特徴づけ、それが小マゼラン雲（SMC）からの捕獲を示唆する可能性を検討すること。
• H Iアームの起源を、星の運動学的性質と関連付けることによって特定すること。
• 異常星集団の金属量および空間的分布を評価し、SMC由来であるかを検証すること。

提案手法

• 4メートルのブレイトン望遠鏡に搭載されたハイドラ-CTIOマルチファイバー分光計を用いて、赤超巨星、AGB星、その他の巨星の新しいおよび既存の分光観測から約5900個の径方向速度を取得した。
• LMCの全体的空間運動を補正し、AGB星集団に対して非対称ドラフト補正を適用することで、一貫性のある回転曲線を導出した。
• 回転曲線のフィットから外れた速度の外れ値を分析し、空間的および運動学的クラスタリングを用いて異常星集団を特定した。
• 約1000個のLMCの場所星および30個の異常星集団の星からCa IIトリプレット吸収線を用いて金属量を測定し、SMCの金属量と比較した。
• 異常星集団の色-等級図を外側のSMCのものと比較し、光度的整合性を評価した。
• 異常星集団の運動学的幾何構造をモデル化し、それがLMC平面内で反転回転しているのか、あるいはLMC平面に対して54° ± 2°傾いたディスクで回転しているのかを特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LMC内に存在する運動学的に特徴的な星集団の起源は何か？ これはSMCからの捕獲と整合的か？
• RQ2 異常星の金属量は、LMCおよびSMCのものと比較してどう異なるか？ これはその起源に何を示唆するか？
• RQ3 LMCに関連するH Iアームは、実際に潮汐破壊の痕跡であるとされるが、それらはSMCからの降下物質である可能性は否定できないか？
• RQ4 異常星集団の空間的および運動学的構造は何か？ 通常のLMCディスクとはどのように異なるか？
• RQ5 運動学的および金属量データは、H Iアームが潮汐的に剥がされたものではなく、降下中であると再解釈することを支持するか？

主な発見

• 赤超巨星、AGB星、H Iデータを用いたLMCの回転曲線は、トレーサー間で一貫しており、R₀ = 2.4 ± 0.1 kpcを超える領域では回転速度がv₀ = 87 ± 5 km s⁻¹である。
• 376個の星、つまりサンプル全体の約5％が、LMCディスク回転と整合しない運動学的性質を示しており、これはLMC平面内で反転回転しているか、あるいはLMC平面に対して54° ± 2°傾いたディスクで回転していることを示唆している。
• 運動学的に特徴的な星は主にAGB星であり、通常のAGB星が豊富に存在する中心部とは空間的にずれており、LMCの棒構造を避けて分布している。
• 異常星集団の中央金属量は[Fe/H] = -1.25 ± 0.13 dexで、分散は0.7 dexであり、LMCの場所星の中央金属量[Fe/H] = -0.56 ± 0.02 dexよりも顕著に低い。これはSMC由来であると整合的である。
• 異常星集団のJ - [3.6], [3.6]色-等級図は、同じ距離にスケーリングした外側のSMCと一致しており、SMC由来であることを支持する。
• 異常星に関連するH Iアームは、実際にはLMCから潮汐的に剥がされたものではなく、SMCからの降下ガスである可能性が高く、マゼラン・ストリームおよびリーディング・アームの形成に関するモデルを再考する必要がある。