[論文レビュー] The ESO-VLT MIKiS survey reloaded: velocity dispersion profile and rotation curve of NGC 1904

Silvia Leanza, Cristina Pallanca+9 more|arXiv (Cornell University)|Mar 14, 2022

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 91被引用数 13

ひとこと要約

本研究では、高分解能MUSE分光計測とGaia EDR3の自己運動を用いて、銀河の球状星団NGC 1904の包括的な運動学的解析を実施した。視線方向の回転ピークは1.5 km s⁻¹、速度分散の平坦部は5.9 ± 0.3 km s⁻¹であり、回転軸の傾きは37°であった。N体シミュレーションとの比較から、NGC 1904は初期段階で顕著な角運動量を失った動的におよそ古い系であることが確認され、その進化した動的状態を支持するものであった。

ABSTRACT

We present an investigation of the internal kinematic properties of M79 (NGC 1904). Our study is based on radial velocity measurements obtained from the ESO-VLT Multi-Instrument Kinematic Survey (MIKiS) of Galactic globular clusters for more than 1700 individual stars distributed between $\sim 0.3^{\prime\prime}$ and $770^{\prime\prime}$ ($\sim14$ three-dimensional half-mass radii), from the center. Our analysis reveals the presence of ordered line-of-sight rotation with a rotation axis almost aligned along the East-West direction and a velocity peak of $1.5$ km s$^{-1}$ at $\sim 70^{\prime\prime}$ from the rotation axis. The velocity dispersion profile is well described by the same King model that best fits the projected density distribution, with a constant central plateau at $\sigma_0\sim 6$ km s$^{-1}$. To investigate the cluster rotation in the plane of the sky, we have analyzed the proper motions provided by the Gaia EDR3, finding a signature of rotation with a maximum amplitude of $\sim 2.0$ km s$^{-1}$ at $\sim 80^{\prime\prime}$ from the cluster center. Analyzing the three-dimensional velocity distribution, for a sub-sample of 130 stars, we confirm the presence of systemic rotation and find a rotation axis inclination angle of $37${\deg} with respect to the line-of-sight. As a final result, the comparison of the observed rotation curves with the results of a representative N-body simulation of a rotating star cluster shows that the present-day kinematic properties of NGC 1904 are consistent with those of a dynamically old system that has lost a significant fraction of its initial angular momentum.

研究の動機と目的

• 高分解能分光計測と自己運動を用いて、NGC 1904の3次元内部運動学的特性を特徴づけること。
• 0.3′′から770′′の半径範囲で、クラスタの速度分散プロファイルと回転曲線を特定すること。
• 観測された運動学的特性とN体シミュレーションを比較することで、NGC 1904の動的進化を調査すること。
• クラスタの現在の運動学的状態が、中間質量ブラックホールの存在を支持するのか、それとも内部の動的進化を反映しているのかを評価すること。
• 多様な手法を用いた運動学的解析を通じて、NGC 1904の初期条件と進化歴を制約すること。

提案手法

• NGC 1904の内側15′′について、Narrow Field Mode (NFM) での高分解能MUSE分光計測を取得し、MIKiS調査の既存データを補完した。
• 低分解能のアーカイブMUSE観測データとMUSEデータを統合することで、クラスタ中心からのカバー範囲を約67′′まで拡大した。
• 1700以上の星の径方向速度を測定し、異なる機器および観測時期からのデータセットを均一化した。
• Gaia EDR3の自己運動を分析し、平面内の回転曲線を導出し、クラスタ中心およびシステム的径速度を補正した。
• 130個の星のサブサンプルを用いて3次元速度空間モデルを構築し、回転軸の向きと傾きを特定した。
• 観測された回転および分散プロファイルを、回転する星集団のN体シミュレーション（VBrotF04モデル）の結果と比較し、動的進化を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 1904の3次元速度分散プロファイルは何か？ また、表面密度分布へのキングモデルフィットと比較するとどうなるか？
• RQ2 天球面上の回転の振幅と向き、および視線方向の回転は何か？
• RQ3 視線に対する回転軸の傾き角は何か？ そして、観測された運動学的特性にどのように影響を与えるか？
• RQ4 NGC 1904の観測された運動学的特性は、類似した初期条件を持つシミュレートされた回転星集団とどのように比較できるか？
• RQ5 NGC 1904は初期角運動量のどの程度を失ったのか？ これは、動的年齢および進化歴にどのような含意をもたらすか？

主な発見

• NGC 1904の速度分散プロファイルは、中心部の平坦なプラトー（σ₀ = 5.9 ± 0.3 km s⁻¹）を持つキングモデルでよく記述される。
• 視線方向の回転ピークは、回転軸から約70′′の位置で1.5 km s⁻¹に検出され、回転軸は東西方向に整列している（位置角PA = 98°）。
• 天球面上の回転は、クラスタ中心から約80′′の位置で最大振幅−2.0 km s⁻¹に達し、Gaia EDR3の自己運動から導出された。
• 130個の星の3次元速度空間解析から、視線に対する回転軸の傾き角は37°であると導出された。
• 観測された回転曲線および速度分散プロファイルは、初期角運動量の顕著な損失を経験した回転星集団のN体シミュレーションと最もよく一致する。
• NGC 1904の動的状態は、動的におよそ古い進化済みの系であることに一致し、運動学的証拠に基づいて中心部に中間質量ブラックホールが存在しないことを支持する。