[論文レビュー] Gaia early DR3 systemic motions of Local Group dwarf galaxies and orbital properties with a massive Large Magellanic Cloud

G. Battaglia, Salvatore Taibi+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、ガイヤー初期DR3を用いて、ローカル団の73個の矮星族銀河について、空間的・色mag図的・自運動データを統合した柔軟なベイズ的手法を適用し、初めて系統的な系運動を決定した。質量の大きなインフィルティング・大マゼラン雲（LMC）を重力ポテンシャルに含めることで、軌道解が顕著に変化し、6個の銀河がLMC関連と特定され、潮汐相互作用や「大きすぎるが生き残れる銀河問題（too-big-to-fail問題）」に関する新たな知見が得られた。

ABSTRACT

We perform a comprehensive determination of the systemic proper motions of 74 dwarf galaxies and dwarf galaxy candidates in the Local Group based on Gaia early data release 3. The outputs of the analysis for each galaxy, including probabilities of membership, will be made publicly available. The analysis is augmented by a determination of the orbital properties of galaxies within 500 kpc. We adopt the flexible Bayesian methodology presented by McConnachie \& Venn (2020), which takes into account the location of the stars on the sky, on the colour-magnitude diagram and on the proper motion plane. We apply some modifications, in particular to the way the colour-magnitude diagram and spectroscopic information are factored in, e.g. by including stars in several evolution phases. The bulk motions are integrated in three gravitational potentials: two where the Milky Way is treated in isolation and has a mass 0.9 \& 1.6 $ imes 10^{12}$M$_{\odot}$ and the time-varying potential by Vasiliev et al. (2021), which includes the infall of a massive Large Magellanic Cloud (LMC). We are able to determine bulk proper motions for 73 systems, and we consider reliable 66 of these measurements. For the first time, systemic motions are presented for galaxies out to a distance of 1.4 Mpc, in the NGC~3109 association. The inclusion of the infall of a massive LMC significantly modifies the orbital trajectories of the objects, with respect to orbit integration in static Milky Way-only potentials, and leads to 6 galaxies being likely associated to the LMC, 3 possibly associated and 1 recently captured object. We discuss the results of the orbit integration in the context of the relation of the galaxies to the system of Milky Way satellites, implications for the too-big-to-fail problem, impact on star formation histories, and tidal disruption.

研究の動機と目的

• ガイヤー初期DR3の天球測定データを用いて、ローカル団の74個の矮星族銀河および候補について、正確な系自運動を決定すること。
• 質量の大きなインフィルティング・大マゼラン雲（LMC）が、ローカル団の矮星族銀河の軌道的進化に与える力学的影響を調査すること。
• 複数の天球測定および光度測定の制約を統合することで、自運動測定の信頼性を評価すること。
• 「大きすぎるが生き残れる銀河問題（too-big-to-fail問題）」、星形成歴史、矮星族銀河における潮汐破壊に与える影響を検討すること。
• 将来的な動力学的モデリングのため、公開可能で確率的なメンバー割り当ておよび運動推定値を提供すること。

提案手法

• 星の空間分布、色mag図的位置、自運動を同時にモデル化する柔軟なベイズフレームワークを採用する。
• 複数の進化段階の星を組み込み、前方/背景星の経験的分布を用いて汚染モデルを改善する。
• 銀河の質量が0.9および1.6 × 10¹² M⊙のミルキーウェイのみのポテンシャルと、質量の大きなインフィルティング・LMCを含む時間変化するポテンシャルの3つのボリューム運動を統合する。
• 空間的・光度的・運動論的整合性に基づく確率的メンバー割り当てを実施する。
• 多次元尤度関数を用いて、系自運動およびその不確実性を推定する。
• 利用可能なスペクトロスコピックデータおよび既知の系パラメータとの照合による妥当性の検証を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ガイヤー初期DR3を用いて、1.4 Mpcまでのローカル団の74個の矮星族銀河の系自運動は何か？
• RQ2 質量の大きなインフィルティング・大マゼラン雲（LMC）をポテンシャルに含めることで、静的でミルキーウェイのみのポテンシャルと比較して、矮星族銀河の軌道がどのように変化するか？
• RQ3 どの矮星族銀河が重力的にLMCに関連しているとみなし、最近の捕獲または潮汐相互作用の証拠は何か？
• RQ4 導出された運動および軌道的性質は、「大きすぎるが生き残れる銀河問題（too-big-to-fail問題）」の解釈にどのように影響を与えるか？
• RQ5 これらの運動は、矮星族銀河の星形成歴史および潮汐破壊にどのような含意を持つのか？

主な発見

• 66個の銀河が統計的および運動論的整合性に基づき信頼できるとされた73個の矮星族銀河について、系自運動が成功裏に決定された。
• 500 kpcを超える距離での矮星族銀河の系運動の決定は、本研究が初めてであり、NGC 3109連星団（1.4 Mpc）まで拡張された。
• 質量の大きなインフィルティング・LMCをポテンシャルに含めることで、特にLMCの経路に近い銀河の軌道解に顕著な変化が生じた。
• 6個の銀河がLMC関連と特定され、3個がおそらく関連、1個が最近捕獲されたとされる。
• 軌道解は、LMCに起因する摂動が、近接する矮星族銀河の運動学的性質を形作る上で重要な役割を果たしていることを示唆しており、軌道の離心率や非等方性に影響を与えている。
• 結果は、LMCのインフィルティングに起因する潮汐相互作用およびレム・プレッシャー剥がしによって、一部の矮星族銀河の星形成が抑制されている可能性を支持する。