[論文レビュー] The Orbits and Total Mass of the Magellanic Clouds

Gurtina Besla|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、ハッブル宇宙望遠鏡による自己運動と動力学的モデリングに基づき、大・小マゼラン雲が銀河系への最初の降着にあると主張している。その結果、従来の推定と比較して約10倍の質量を有すると結論づけられ、これは高い3次元速度と安定した二重星系の維持を説明するための高質量を必要とし、従来の軌道モデルを排除し、マゼラン流とブリッジの最近の吸収および潮汐的起源を示唆する。

ABSTRACT

This proceeding overviews our current understanding of the orbital history and mass of the Large and Small Magellanic Clouds. Specifically I will argue that the Clouds are on their first infall about our Milky Way and that their total masses are necessarily ~10 times larger than traditionally estimated. This conclusion is based on the recently revised HST proper motions of the Clouds and arguments concerning the binary status of the LMC-SMC pair and their baryon fractions

研究の動機と目的

• マゼラン雲の軌道的歴史に関する論争を解消するため、3次元速度と質量を再評価すること。
• LMCとSMCが銀河系の周りを複数回公転したか、あるいは二重星系として束縛されているかを特定すること。
• ガス分率の高さと星形成歴が、銀河系への雲の降着時期に与える影響を評価すること。
• 長期間の衛星歴ではなく、最初の降着シナリオに合致するように、観測されたマゼラン流とブリッジ構造を再評価すること。
• 従来のモデルが雲に低質量を仮定しているのを挑戦し、測定された速度を考慮すると、このようなモデルでは安定したLMC-SMC二重星系を維持できないことを示すこと。

提案手法

• LMCおよびSMC内の星のハッブル宇宙望遠鏡（HST）による自己運動を、7年間のベースラインで測定し、分野ごとに1–2％のランダム誤差を伴う。
• 3次元速度再構成を用いて、LMC（321 ± 23 km/s）およびSMC（217 ± 26 km/s）の銀河中心系における径方向および横方向速度を特定した。
• SMCの自己運動の全誤差空間をカバーするモンテカルロシミュレーションを実施し、LMC-SMC二重星系軌道の妥当性を検証した。
• 過去のすべての時点において、雲同士の相対速度がLMCの局所脱出速度以下に保たれるように、軌道の安定性を評価した。
• ΛCDMフレームワーク内での物質関数とダークマターハロー構造の制約を組み込み、合計質量を推定した。
• LMCおよびSMCの観測されたガス含量と星形成歴が、軌道解と整合するかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マゼラン雲は、銀河系のポテンシャルへの最初の降着にあるのか、それとも複数回公転を完了しているのか？
• RQ2 LMCおよびSMCの合計質量は何か？ そしてそれは、それらの軌道的力学と安定性にどのように影響するか？
• RQ3 高い相対速度と現在の3次元運動を考慮すると、LMCとSMCが安定した二重星系として維持可能か？
• RQ4 SMCに観測された高いガス分率と、過去40億年間にわたる継続的な星形成は、50億年以上前に銀河系に降着した衛星が示すはずの停止歴と矛盾するが、これは降着時期にどのような制約を与えるか？
• RQ5 最初の降着シナリオは、マゼラン流、ブリッジ、およびリーディングアームの起源にどのような意味を持つのか？

主な発見

• LMCは銀河系に対して321 ± 23 km/sで運動しており、SMCは217 ± 26 km/sで運動しており、両者とも従来の推定と比較して顕著に速い。
• LMCとSMCの相対速度は128 ± 32 km/sであり、これはLMCの局所脱出速度を超えており、雲が以前に銀河系を公転していた場合、安定した二重星系軌道は成立しないことを示唆する。
• LMCおよびSMCの合計質量は、従来の推定と比較して少なくとも10倍以上高い必要がある。これは、典型的な矮星系と一致するバリオン分率を示唆する。
• 長期間にわたるLMC-SMC二重星系軌道を可能にするのは、高質量のLMCと低〜中程度の銀河系質量を仮定したモデルに限られる。これは最初の降着シナリオと整合的である。
• SMCにおける高いガス分率と、過去40億年間にわたる継続的な星形成は、50億年以上前に銀河系に降着した衛星が示すはずの停止歴と矛盾する。これは、1〜20億年前の最近の降着時期を支持する。
• マゼラン流とブリッジは、LMCとSMCの最初の接近時に形成された可能性が高く、長期間にわたる潮汐的相互作用によるものではない。これは、これらの特徴の最初の降着起源を支持する。