[論文レビュー] Proper Motions, Orbits, and Tidal Influences of Milky Way Dwarf Spheroidal Galaxies

Andrew B. Pace, Denis Erkal+1 more|arXiv (Cornell University)|May 11, 2022

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、ガイヤーEDR3の位置・運動量測定と光度測定を用いて、52個の銀河系矮小球状銀河の系統的運動を測定し、孤立したMWとMW+LMCの重力場の両方で軌道をモデル化した。6個のdSphがLMCの衛星である可能性が特定され、40％がLMCの影響によって顕著な軌道的変化を示した。また、密度対比を比較することで、Ant II、Boo III、Cra II、Gru II、Tuc IIIは潮汐破壊されていると予測された。

ABSTRACT

We combine Gaia EDR3 astrometry with accurate photometry and utilize a probabilistic mixture model to measure the systemic proper motion of 52 dwarf spheroidal (dSph) satellite galaxies of the Milky Way (MW). For the 46 dSphs with literature line-of-sight velocities we compute orbits in both a MW and a combined MW + Large Magellanic Cloud (LMC) potential and identify Car II, Car III, Hor I, Hyi I, Phx II, and Ret II as likely LMC satellites. 40% of our dSph sample has a >25% change in pericenter and/or apocenter with the MW + LMC potential. For these orbits, we Monte Carlo sample over the observational uncertainties for each dSph and the uncertainties in the MW and LMC potentials. We predict that Ant II, Boo III, Cra II, Gru II, and Tuc III should be be tidally disrupting by comparing each dSph's average density relative to the MW density at its pericenter. dSphs with large ellipticity (CVn I, Her, Tuc V, UMa I, UMa II, UMi, Wil 1) show a preference for their orbital direction to align with their major axis even for dSphs with large pericenters. We compare the dSph radial orbital phase to subhalos in MW-like N-body simulations and infer that there is not an excess of satellites near their pericenter. With projections of future Gaia data releases, we find dSph orbital precision will be limited by uncertainties in the distance and/or MW potential rather than proper motion precision. Finally, we provide our membership catalogs to enable community follow-up.

研究の動機と目的

• ガイヤーEDR3の位置・運動量測定と光度測定を用いて、52個の銀河系矮小球状銀河の系統的運動量を測定すること。
• 孤立した銀河系とMW+大マゼラン雲（LMC）の重力場の両方で、これらのdSphの軌道解を計算すること。
• LMCの重力的影響がdSphの軌道パラメータ、特に近日点と遠日点の変化に与える影響を評価すること。
• 平均星の密度と近日点におけるMWの潮汐密度を比較することで、潮汐力によって破壊されると予測されるdSphを特定すること。
• 将来のガイヤー観測データリリースに基づいて、軌道の精度の限界を予測し、主な誤差要因を特定すること。

提案手法

• 52個のdSphの系統的運動量と所属確率を特定するために、ガイヤーEDR3の位置・運動量測定と光度測定に確率的混合モデルを適用した。
• 文献からの視線速度とガイヤーの運動量を組み合わせ、46個のdSphについて6次元位相空間解を計算した。
• dSphの位置・運動量、径方向速度、およびMW/LMCの重力場パラメータの不確実性をモンテカルロサンプリングで伝搬させた。
• 孤立したMWとMW+LMCの重力場モデルの両方で軌道を計算し、LMCがdSphの運動に与える影響を定量化した。
• 各dSphの平均星の密度を近日点におけるMWの潮汐密度と比較することで、潮汐破壊の可能性を評価した。
• 誤差予算をシミュレートすることで、将来の軌道精度の限界を予測し、距離とMWの重力場の不確実性が主な制限要因であると特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 位置・運動量と径方向速度の整合性から、どの銀河系dSphが大マゼラン雲に束縛されていると考えられるか？
• RQ2 LMCの重力場をモデルに組み込むと、dSphの軌道はどの程度変化するか？
• RQ3 密度と潮汐場の比較に基づいて、どのdSphが潮汐破壊すると予測されるか？
• RQ4 特に近日点が大きなdSphについて、主軸と軌道方向との間に顕著な整列があるか？
• RQ5 将来のガイヤー観測データリリースにおいて、dSphの軌道測定精度を制限するのは、運動量の誤差か、距離とMWの重力場の不確実性か？

主な発見

• Car II、Car III、Hor I、Hyi I、Phx II、Ret IIは、LMCと整合的な運動学的性質を示すため、LMCの衛星である可能性が高いと特定された。
• dSphのサンプルの40％が、LMCの重力場をモデルに組み込むことで、近日点および／または遠日点に25％以上の変化を示した。
• Ant II、Boo III、Cra II、Gru II、Tuc IIIは、平均星の密度が近日点におけるMWの潮汐密度を下回っているため、潮汐破壊されていると予測された。
• 大きな離心率（例：CVn I、Her、Tuc V、UMa I、UMa II、Umi、Wil 1）を示す矮小球状銀河は、近日点が大きくても、その軌道方向が主軸と一致する傾向が強く見られた。
• MWに類似したN体シミュレーションと比較したところ、近日点付近にdSphが過剰に集まっているという兆候は観測されず、以前の主張とは矛盾した。
• 将来のガイヤー観測データリリースの予測によると、dSphの軌道測定精度は、運動量測定の誤差よりも距離とMWの重力場の不確実性によって主に制限される。