[論文レビュー] Local Group and Star Cluster Dynamics from HSTPROMO (The Hubble Space Telescope Proper Motion Collaboration)

Roeland P. van der Marel, Jay Anderson+18 more|arXiv (Cornell University)|Sep 8, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、20年以上にわたるアーカイブデータを用いて、ハッブル宇宙望遠鏡（HST）を用いて、局所銀河団内の星および銀河の高精度な自己運動を測定し、球状星団からアンドロメダ銀河に至るまでの3次元動的モデル化を可能にした。主な結果として、アンドロメダ銀河の自己運動の初の直接測定、銀河のバーリア質量の制約、およびハロー内の潮汐構造の証拠が得られ、これらはすべてHSTが示す類稀なアストロメトリックな安定性と解像度に起因する。

ABSTRACT

The Hubble Space Telescope (HST) has proven to be uniquely suited for the measurement of proper motions (PMs) of stars and galaxies in the nearby Universe. Here we summarize the main results and ongoing studies of the HSTPROMO collaboration, which over the past decade has executed some two dozen observational and theoretical HST projects on this topic. This is continuing to revolutionize our dynamical understanding of many objects, including: globular clusters; young star clusters; stars and stellar streams in the Milky Way halo; Local Group galaxies, including dwarf satellite galaxies, the Magellanic Clouds, and the Andromeda galaxy; and AGN Black Hole Jets.

研究の動機と目的

• ハッブル宇宙望遠鏡のデータを用いて、局所銀河団内の星および銀河の高精度な自己運動を測定すること。
• 線形速度のみの測定に起因する制限を克服し、星の系の3次元運動を特定すること。
• 銀河の質量分布、動的進化、およびミルキーウェイとその衛星の合体歴史を制約すること。
• 衛星の自己運動を用いてミルキーウェイおよび局所銀河団のバーリア質量を測定することで、宇宙論的モデルを検証すること。
• 球状星団および若い星団における中間質量ブラックホールおよび動的構造の存在を調査すること。

提案手法

• 20年以上にわたるハッブル宇宙望遠鏡のアーカイブデータを用い、ピクセル未満の精度（10年間で0.01ピクセル）で星のアストロメトリックなシフトを測定する。
• 電荷転送効率、幾何的歪み、点像関数の変化を補正する高度な画像処理を適用し、約50 μas/yrの自己運動精度を達成する。
• 相対的自己運動測定を用いて速度分散を分析し、遠方のクェーサーを固定基準フレームとして用いて絶対的自己運動を測定する。
• 色-等級図と組み合わせて自己運動データを用い、個々のハロー星および星の流れを特定・追跡する。
• N体シミュレーションおよび動的モデル化ツール（例：Chanamé et al. 2008）を用いて、観測された自己運動分散および運動学を解釈する。
• タイミング法および軌道統合技術を用いて、衛星の運動からミルキーウェイおよび局所銀河団のバーリア質量を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アンドロメダ銀河の3次元的速度場は何か？ これはミルキーウェイ-アンドロメダ合体のタイムラインをどのように制約するか？
• RQ2 最も遠くの衛星であるレオIの自己運動から、ミルキーウェイの質量はどの程度推定できるか？
• RQ3 オメガ・セントauriのような球状星団は動的等分配状態にあるのか？ これはその進化にどのような含意を持つのか？
• RQ4 大マゼラン雲の内部回転曲線は何か？ これはミルキーウェイとの相互作用歴をどのように示唆するか？
• RQ5 星の流れの自己運動は、ミルキーウェイハローにおける過去の吸収イベントの証拠をどのように示すか？

主な発見

• アンドロメダ銀河の自己運動の初の直接測定により、ミルキーウェイとの正面衝突軌道が確認され、初回通過は40億年後に予測され、完全な合体は60億年後に予測される。
• レオIの自己運動測定から、ミルキーウェイのバーリア質量は(1.6 ± 0.3) × 10¹² M☉と推定され、宇宙論的小銀河団の束縛期待値と整合的である。
• 大マゼラン雲は、空間的に分解された自己運動から得られる測定可能な回転曲線を示しており、これは任意の銀河で初めての測定である。
• 24 ± 6 kpcの距離に位置する13個のハロー星の自己運動は、接線方向に歪んだ速度楕円体を示しており、過去の吸収イベントによって形成されたシェル状構造を示唆している。
• オメガ・セントauri内に中間質量ブラックホールが存在する可能性の上限は、自己運動分散解析から1.2 × 10⁴ M☉とされた。
• M87の光学ジェットの自己運動測定により、らせん運動が観測され、ジェットの前後運動および複雑なブラックホールジェットダイナミクスの証拠が得られた。