[論文レビュー] The Exploration of Local VolumE Satellites (ELVES) Survey: A Nearly Volume-Limited Sample of Nearby Dwarf Satellite Systems

Scott G. Carlsten, Jenny E. Greene+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 245被引用数 127

ひとこと要約

ELVES調査は、12 Mpc圏内の30体のミルキーウェイ質量のハブに対して、深さと広視野の画像を用い、一貫性のある光度および距離測定を実施することで、ほぼ体積限界で、完全性が定量化された338個の確認済み矮星衛星銀河のカタログを提示した。この調査は、ミルキーウェイが衛星数において典型的であることを示し、衛星質量が大きいほど衛星の停止率（quenching fraction）が急激に低下することを明らかにした。

ABSTRACT

We present the final results of the Exploration of Local VolumE Satellites (ELVES) Survey, a survey of the dwarf satellites of a nearly volume-limited sample of Milky Way (MW)-like hosts in the Local Volume. Hosts are selected simply via a cut in luminosity ($M_{K_s}<-22.1$ mag) and distance ($D<12$ Mpc). We have cataloged the satellites of 25 of the 31 such hosts, with another five taken from the literature. All hosts are surveyed out to at least 150 projected kpc ($\sim R_\mathrm{vir}/2$) with the majority surveyed to 300 kpc ($\sim R_\mathrm{vir}$). Satellites are detected using a consistent semi-automated algorithm specialized for low surface brightness dwarfs. As shown through extensive tests with injected galaxies, the catalogs are complete to $M_V\sim-9$ mag and $\mu_{0,V}\sim26.5$ mag arcsec$^{-2}$. Candidates are confirmed to be real satellites through distance measurements including redshift, tip of the red giant branch, and surface brightness fluctuations. Across all 30 surveyed hosts, there are 338 confirmed satellites with a further 105 candidates awaiting distance measurement. For the vast majority of these, we provide consistent multi-band S\'{e}rsic photometry. We show that satellite abundance correlates with host mass, with the MW being quite typical amongst comparable systems, and that satellite quenched fraction rises steeply with decreasing satellite mass, mirroring the quenched fraction for the MW and M31. The ELVES survey represents a massive increase in the statistics of surveyed systems with known completeness, and the provided catalogs are a unique dataset to explore various aspects of small-scale structure and dwarf galaxy evolution.

研究の動機と目的

• ローカルボリューム内（D < 12 Mpc）のミルキーウェイ質量のハブの周囲に、統計的に完全で体積限界のとれた矮星衛星系のサンプルを作成すること。
• 検出完全性を定量化し、複数の距離測定法を用いて衛星の確認を行うことで、従来の調査の限界を克服すること。
• ミルキーウェイの衛星系が、衛星数および停止の観点から、典型的なMW質量のハブと比較して代表的であるかどうかを評価すること。
• 小スケール構造および矮星銀河の進化を研究するために使用可能な一貫性のある多波長光度カタログを提供すること。
• 完全性の限界が明確にわかっている大規模でよく特徴づけられた観測データセットを提供することで、宇宙論的シミュレーションとの直接比較を可能にすること。

提案手法

• MV < −22.1 magの光度カットと距離限界（D < 12 Mpc）を用いて31体のMWに類似したハブを選定し、ほぼ体積限界のサンプルを確保した。
• 低表面ねらいの矮星を検出できるよう、少なくとも150 kpc（最大300 kpc）までをカバーする深さと広視野の画像調査を実施した。
• 低表面ねらい系に最適化された半自動検出アルゴリズムを適用し、埋め込み銀河を用いた検証により完全性を定量化した。
• 模擬銀河を用いた広範なテストにより、MV ∼ −9 magおよびµ0,V ∼ 26.5 mag arcsec⁻²まで完全性を達成した。
• 赤方偏移、赤色巨星の一番端（TRGB）、表面ねらいの揺らぎの3つの独立した距離指標を用いて、衛星の確認を実施した。
• 確認済み衛星および候補の大部分に対して一貫性のある多波長Sérsic光度測定を提供した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MWに類似したハブの体積限界サンプルにおいて、矮星衛星の数はハブ質量とどのように相関するか？
• RQ2 ミルキーウェイの衛星系は、他のMW質量のハブと比較して、衛星数の点で典型的であると言えるか？
• RQ3 矮星衛星の停止率は、衛星の星族質量に応じてどのように変化するか？また、この傾向はミルキーウェイおよびM31で観測されたものと一致するか？
• RQ4 現在の深さの画像調査では、統合光における低表面ねらいの矮星銀河を検出する完全性の限界はどこか？
• RQ5 MW質量のハブの衛星系内に、運動学的構造や一貫性のある部分構造がどれほど存在するか？

主な発見

• ELVES調査は、30体の調査対象ハブにおいて、338個の確認済み矮星衛星と105個の候補を同定し、完全性限界はMV ∼ −9 magおよびµ0,V ∼ 26.5 mag arcsec⁻²であった。
• 衛星数はハブ星族質量と強く相関しており、ミルキーウェイはこの関係の1σ散らぎ内に位置し、MW質量のハブの中で典型的であることが示された。
• 衛星の停止率は、衛星星族質量が小さいほど急激に増加し、ミルキーウェイおよびM31で観測された傾向と一致した。
• 本調査は、現在までにMW質量のハブの周囲に存在する矮星衛星系について、最も広範かつ一貫性があり、完全性が定量化されたデータセットを提供した。
• 深さの画像、一貫性のある光度測定、複数の距離確認法の組み合わせにより、衛星集団の堅牢な統計的分析が可能となった。
• このデータセットにより、高解像度の宇宙論的シミュレーションとの直接比較が可能となり、ΛCDM予測の小スケールでの検証に不可欠なベンチマークが提供された。