[論文レビュー] An analysis of satellite planar configurations around the MW and M31: singling out new high quality planes

Isabel Santos-Santos, R. Domı́nguez-Tenreiro+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 6, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、万有引力の法則に基づくテンソルの慣性（ToI）適合を用いて、平面の質を衛星数（N_sat）および扁平度（c/a）で定量化することで、銀河の周りの高品質な平面的配置を特定するための強化された4銀河正規密度プロット法を導入する。この手法により、距離の不確実性が大きいにもかかわらず、M31に以前に認識されていなかった高品質な平面が発見され、18個の衛星を有する。また、衛星の質量が平面への所属に影響しないことも示された。

ABSTRACT

We present a detailed characterization of planes of satellites in the Milky Way (MW) and M31 systems. To this end we introduce an extension to the '4-galaxy-normal density plot' method \citep{Pawlowski13}, by which plot over-densities signal the normal direction to predominant planes of satellites within a given sample. For a given over-density, the extension provides a extit{collection} of planes, each including a different number of objects $N_{ m sat}$. We apply this method to the position data of confirmed MW and M31 satellites and quantify the quality of planes through the outputs of a Tensor of Inertia plane-fitting technique. Plane quality is quantified in terms of population ($N_{ m sat}$) and flattening (the short-to-long axis ratio $c/a$ or the rms thickness normal to the plane). Therefore, planes with the same population or flattening can be compared with each other allowing us to single-out best-quality planes. For the first time, we study the second-most predominant planar configuration of satellites in M31, singling out a plane with 18 satellite members that shows a quality comparable to the Great Plane of Andromeda (GPoA, with $N_{ m sat}=19$) despite it being more affected by distance uncertainties. This structure is viewed nearly face-on from the MW and is approximately normal to the GPoA. Overall, we find planes of satellites around the MW and M31 with higher qualities than those previously reported with a given $N_{ m sat}$. We also show that mass plays no role in determining a satellite's membership or not to the respective best-quality planes.

研究の動機と目的

• 従来のVPOSやGPoAといった既知の構造を超えて、MWおよびM31における高品質な衛星平面配置の同定を改善すること。
• 衛星数（N_sat）と扁平度（c/a または RMS 厚さ）の両方を用いて平面の質を定量化することで、異なるサイズの平面同士を直接比較可能にする。
• 特に2番目に顕著な構造であるM31における二次的平面的配置の検出と特徴化。
• グローブラーダー・クラスターと潮汐尾もこれらの平面に沿っていることから、衛星の質量が最高品質の平面への所属に影響するかどうかを検証すること。
• 距離の不確実性とサンプルサイズの変動を考慮した、統計的に根拠のある計算法を提供すること。

提案手法

• Pawlowskiら（2013）が提唱した4銀河正規密度プロット法を拡張し、各過密度に対して、異なる衛星数（N_sat）を持つ複数の平面を生成することで、さまざまな集団における平面の質を評価する。
• MWおよびM31の確認済み衛星（300 kpc以内）の3次元位置データにテンソルの慣性（ToI）適合を適用し、モンテカルロサンプリングを用いて距離の不確実性を組み込む。
• 平面の質を2つの主要な指標で定量化する：平面の短軸と長軸の比（c/a）による扁平度、および平面に垂直な方向の平均二乗（RMS）厚さ。
• 4銀河正規密度プロットのピークを特定して、平面構造の主要な法線方向を同定し、N_satが増加するに従って平面法線の安定性を評価する。
• 距離の不確実性を平面適合に伝搬させるために、ブートストラップ法による距離サンプリング（1000イテレーション）を実施し、N_sat = 24までに法線ベクトルの安定性を評価する。
• 衛星の質量が主な過密度領域（すなわち平面への所属）に寄与するかどうかを特定するための相関テストを実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 VPOS や GPoA と呼ばれる既知の構造を超えて、MWおよびM31における最高品質の衛星平面配置（N_sat と c/a で定義）は何か？
• RQ2 M31に、GPoA と同等の品質を持つ二次的平面構造が存在するか？その N_sat と c/a は何か？
• RQ3 衛星数（N_sat）が増加するに従って、平面法線ベクトルの安定性はどのように変化するか？品質がピークに達するのはどの N_sat か？
• RQ4 グローブラーダー・クラスターと潮汐尾もこれらの平面に沿っていることから、衛星の質量が最高品質の平面への所属を決定づける要因となるか？
• RQ5 距離の不確実性は、特にM31において、高品質な平面構造の同定と特徴化にどのように影響するか？

主な発見

• M31に、18個の衛星を有する新たな高品質な平面的配置が同定され、c/a は 0.155 ± 0.032、RMS 厚さは 21.0 ± 4.2 kpc であった。これは、GPoA（N_sat = 19、c/a = 0.107 ± 0.005）と同等の品質を示した。
• M31の平面（N_sat = 18）は、MWからほぼ正面から観測可能であり、GPoAとほぼ直交しているため、別個の構造的平面であることが示された。
• MWのVPOS-3ではN_sat = 19で、M31の二次ピークではN_sat = 18で、平面の質がピークに達することが、安定した法線ベクトルと、それ以上のN_sat増加に伴うc/aおよびRMS厚さの変化の最小化から示された。
• Ibata-Conn-14平面（N_sat = 14）よりも、M31のN_sat = 18の平面は、より多くの衛星を有し、かつより薄い（c/a = 0.155 対 0.125）上に、距離の不確実性への影響も小さいため、より頑健であることが判明した。
• MWの古典的平面（N_sat = 11）およびVPOS-3（N_sat = 24）は、高品質な構造として確認され、VPOS-3のc/aは 0.209 ± 0.002、RMS厚さは 19.9 ± 0.3 kpc であった。
• 相関テストの結果、衛星の質量が最高品質の平面への所属を決定づける要因ではないことが判明し、質量はMWまたはM31系における平面的整列の駆動要因ではないことが示された。