[論文レビュー] Omega Centauri: Nucleus of a Milky Way Dwarf Spheroidal?

Steven R. Majewski, Richard J. Patterson+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 14, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、オメガ・セプテントリウスが、異常な金属量分布関数（MDF）と強く逆行的かつディスク面に平行な軌道を示すことから、破壊された銀河の中心核の残骸であると提唱している。このモデルは、MDFが広がっており（ピークは[Fe/H] = -1.7で、低金属量まで延びる）、軌道的力学が銀河ディスクによる潮汐的剥ぎ取りによって説明可能であり、厚いディスクの形成に影響を与える可能性を示している。

ABSTRACT

We focus on two aspects of Omega Cen that are rather uncharacteristic of globular clusters: its metallicity distribution and its orbit. We use (1) a Washington (M-T_2,M)_o color-magnitude diagram containing 130,000 stars, (2) DDO51 photometry to separate out giants from field dwarfs, and (3) a mapping of (M-T_2,M-DDO51)_o colors to [Fe/H] to derive a metallicity distribution function (MDF) for Omega Cen. The MDF is corrected for field giant contamination by a radial velocity membership study of a subsample of stars spanning all abundances. As with previous studies, the MDF is very wide with a peak near [Fe/H]=-1.7 and extending to both higher and lower abundance, but with few stars having [Fe/H] >~ -1.2. The orbit of Omega Cen is strongly retrograde, has small apogalacticon and is almost coplanar with the Milky Way disk -- i.e., an orbit unlike any known for almost all Galactic globular clusters, and unique among clusters with its horizontal branch type and [Fe/H]. We propose that the MDF and orbit of Omega Cen, when considered in light of other unusual Omega Cen properties are consistent with a picture wherein this object is the remains (nucleus) of a once larger satellite dwarf galaxy that has been substantially reduced by tidal stripping. A model wherein Omega Cen faced considerable stripping by the Galactic disk can account for the cluster's current state. A present-day counterpart of this process may be the Sagittarius dSph system, for which the globular cluster M54 (which has a mass similar to Omega Cen) has been purported to be the nucleus. A larger proto-Omega Cen on a retrograde orbit plowing through the Milky Way disk may have aided thick disk formation both through the contribution of tidally stripped stars and through substantial thin disk heating.

研究の動機と目的

• オメガ・セプテントリウスが通常の球状星団とは異なる性質を示す理由、特に広い金属量分布と異常な軌道を解明すること。
• 観測された金属量分布関数と軌道的特徴が、標準的な星団形成メカニズムではなく、銀河核由来の起源によって説明可能かどうかを特定すること。
• ミルキーウェイのディスクによる潮汐的剥ぎ取りが、オメガ・セプテントリウスの現在の構造と運動学に果たした役割を評価すること。
• オメガ・セプテントリウスとミルキーウェイの厚いディスク形成との間に、星の剥ぎ取りによって関連づける可能性を探索すること。

提案手法

• オメガ・セプテントリウスに含まれる13万顆の星を用いて、高時間分解能のワシントン（M-T₂, M）₀色-等級図を構築した。
• DDO51フィルタを用いて、赤巨星とフィールドの矮星混入物を区別した。
• （M-T₂, M-DDO51）₀色を[Fe/H]にマッピングし、金属量分布関数（MDF）を導出した。
• 全金属量範囲にわたる径速度のメンバー情報に基づき、フィールドの赤巨星混入を補正した。
• オメガ・セプテントリウスの軌道パラメータを分析し、特に逆行運動、低アポギャラクトロン、ミルキーウェイのディスク面へのほぼ同一平面性に注目した。
• 銀河ディスクによる潮汐的剥ぎ取りが、前身となる矮小セミ・スフィロイダルドライヴに与える影響をモデル化し、現在のオメガ・セプテントリウスの性質と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オメガ・セプテントリウスの広い金属量分布は、標準的な星団形成ではなく、銀河核由来の起源によって説明可能だろうか？
• RQ2 なぜオメガ・セプテントリウスは、低アポギャラクトロンとディスク面への同一平面性を示す逆行軌道を有するのか？これは他の球状星団とは著しく異なる特徴である。
• RQ3 ミルキーウェイのディスクによる潮汐的剥ぎ取りが、オメガ・セプテントリウスの現在の状態をどの程度説明できるのか？
• RQ4 オメガ・セプテントリウスと破壊された矮小セミ・スフィロイダルドライヴとの間に、動力学的および化学的整合性があるだろうか？
• RQ5 このような前身天体からの潮汐的デブリが、ミルキーウェイの厚いディスクの形成に寄与した可能性は考えられるか？

主な発見

• オメガ・セプテントリウスの金属量分布関数（MDF）は極めて広く、ピークは[Fe/H] = -1.7にあり、高・低金属量両方にかけて広がっており、[Fe/H] ≈ -1.2より高い星はほとんど存在しない。
• オメガ・セプテントリウスの軌道は強く逆行的であり、アポギャラクトロンが小さく、ミルキーウェイのディスク面にほぼ同一平面にある—これは大多数の銀河球状星団とは著しく異なる。
• 広いMDFと特異な軌道の組み合わせは、標準的な球状星団形成とは整合しないが、破壊された矮小セミ・スフィロイダルドライヴの中心核の残骸であるという仮説と整合する。
• 銀河ディスクによる潮汐的剥ぎ取りが、前身系の初期質量を減少させた可能性があり、これによりオメガ・セプテントリウスは現在のコンパクトで高質量な状態に至ったと説明できる。
• このモデルは、前身系が星の剥ぎ取りとディスク加熱を経て、ミルキーウェイの厚いディスクの形成に寄与した可能性を示唆している。
• 現在の類似天体として、サジタリウスdSphが挙げられ、その球状星団M54は同様に破壊された系の核であると提唱されている。