[論文レビュー] The formation of two of the major structural components of the Milky Way

A. Helmi, C. Babusiaux+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、現在は合併済みの矮星銀河であるガイヤ-エンセラドス（小マゼラン雲よりやや質量が大きい）が、約100億年前の主要合併によって、のちに銀河の厚いディスクおよび内側の星族ハローの形成を主因としてきたことを特定した。太陽付近の星の運動学的・化学的・年齢的分析を通じて、ガイヤ-エンセラドスの破片はほぼ全天にわたり広がっており、明確な後退的軌道、RR Lyrae星、および球状星団が一貫した年齢-金属量関係に従うことが示された。

ABSTRACT

The assembly process of our Galaxy can be retrieved using the motions and chemistry of individual stars. Chemo-dynamical studies of the nearby halo have long hinted at the presence of multiple components such as streams, clumps, duality and correlations between the stars' chemical abundances and orbital parameters. More recently, the analysis of two large stellar surveys have revealed the presence of a well-populated chemical elemental abundance sequence, of two distinct sequences in the colour-magnitude diagram, and of a prominent slightly retrograde kinematic structure all in the nearby halo, which may trace an important accretion event experienced by the Galaxy. Here report an analysis of the kinematics, chemistry, age and spatial distribution of stars in a relatively large volume around the Sun that are mainly linked to two major Galactic components, the thick disk and the stellar halo. We demonstrate that the inner halo is dominated by debris from an object which at infall was slightly more massive than the Small Magellanic Cloud, and which we refer to as Gaia-Enceladus. The stars originating in Gaia-Enceladus cover nearly the full sky, their motions reveal the presence of streams and slightly retrograde and elongated trajectories. Hundreds of RR Lyrae stars and thirteen globular clusters following a consistent age-metallicity relation can be associated to Gaia-Enceladus on the basis of their orbits. With an estimated 4:1 mass-ratio, the merger with Gaia-Enceladus must have led to the dynamical heating of the precursor of the Galactic thick disk and therefore contributed to the formation of this component approximately 10 Gyr ago. These findings are in line with simulations of galaxy formation, which predict that the inner stellar halo should be dominated by debris from just a few massive progenitors.

研究の動機と目的

• 星の運動学的・化学的分析を通じて、のちに銀河の厚いディスクおよび内側星族ハローの起源を特定すること。
• 前身の厚いディスクの動的加熱を引き起こした支配的で合併イベントを同定すること。
• RR Lyrae星や球状星団といった観測された星族を、特定の巨大母体銀河と結びつけること。
• 主な合併イベントの予測と観測された星の構造を比較することで、銀河形成シミュレーションを検証すること。

提案手法

• 大規模星集団調査からの運動学的データ分析により、ハロー内の軌道パラメータをマッピングし、一貫した構造を検出すること。
• 金属量および元素比の異なる星族を特定するための化学組成分析。
• 色-等級図のパターンと星の進化モデルを用いた星の年齢決定。
• 星の軌道統合により、共通の母体系にさかのぼる起源を追跡すること。
• RR Lyrae星および球状星団における観測された年齢-金属量関係を、合併イベントによって予測されるものと比較すること。
• ガイヤ-エンセラドスと銀河の前身との間の質量比推定（4:1）を用いて、動的加熱効果を推定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 のちに銀河の厚いディスクおよび内側星族ハローの起源は何か？
• RQ2 内側ハローの星族の大部分を占める、合併した母体銀河はどれか？
• RQ3 RR Lyrae星および球状星団の運動学的・化学的・年齢的性質が、1回の主要合併に起因する共通の起源をどのように裏付けるか？
• RQ4 観測されたハローの構造は、銀河形成シミュレーションの予測とどの程度一致するか？

主な発見

• 内側ハローは、小マゼラン雲よりわずかに質量が大きな母体銀河ガイヤ-エンセラドスの破片によって支配されている。
• ガイヤ-エンセラドスの星は、一貫したやや後退的で、伸びた軌道を示しており、主要合併イベントを示している。
• 数百のRR Lyrae星および13個の球状星団が、一貫した軌道的・化学的性質に基づきガイヤ-エンセラドスに関連づけられている。
• 質量比4:1のガイヤ-エンセラドスとの合併が、前身ディスクの動的加熱を引き起こし、約100億年前に厚いディスクが形成された。
• ガイヤ-エンセラドスに由来する星の観測された年齢-金属量関係は、RR Lyrae星および球状星団の両方で一貫している。
• ガイヤ-エンセラドス破片の空間的分布は、ほぼ全天にわたり広がっており、内側ハローにおける支配的役割が確認された。