[論文レビュー] The Pattern Speed of the Milky Way Bar/Bulge from VIRAC & Gaia

Jonathan P. Clarke, Ortwin Gerhard|arXiv (Cornell University)|Jul 22, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、VIRAC-Gaia（gVIRAC）データの距離分解型自己運動を用いて、銀河の棒構造のパターン速度を測定し、作成したM2M動的モデルのグリッドと比較している。Ωb = 33.29 ± 1.81 km s⁻¹ kpc⁻¹ の結果が得られ、『長く遅い棒』のシナリオを支持するとともに、最近の太陽系近傍の運動学的測定と整合的であることが確認された。

ABSTRACT

We compare distance resolved, absolute proper motions in the Milky Way bar/bulge region to a grid of made-to-measure dynamical models with well defined pattern speeds. The data are obtained by combining the relative VVV Infrared Astrometric Catalog v1 proper motions with the Gaia DR2 absolute reference frame. We undertake a comprehensive analysis of the various errors in our comparison, from both the data and the models, and allow for additional, unknown, contributions by using an outlier-tolerant likelihood function to evaluate the best fitting model. We quantify systematic effects such as the region of data included in the comparison, the possible overlap from spiral arms, and the choice of synthetic luminosity function and bar angle used to predict the data from the models. Resulting variations in the best-fit parameters are included in their final errors. We thus measure the bar pattern speed to be ${\Omega}_b=33.29\pm1.81 \mathrm{km \, s^{-1} \, kpc^{-1}}$ and the azimuthal solar velocity to be $V_{\phi,\,\odot} = 251.31 \pm 1.95 \mathrm{km \, s^{-1}}$. These values, when combined with recent measurements of the Galactic rotation curve, yield the distance of corotation, 6.5 < $R_{CR}$ [kpc] < 7.5, the outer Lindblad resonance (OLR), 10.7 < $R_{OLR}$ [kpc] < 12.4, and the higher order, m = 4, OLR, 8.7 < $R_{{OLR}_4}$ [kpc] < 10.0. The measured pattern speed provides strong evidence for the "long-slow" bar scenario.

研究の動機と目的

• 棒／バルジ領域における高精度で距離分解された自己運動を用いて、銀河の棒構造のパターン速度（Ωb）を測定すること。
• データ還元、モデル仮定、および棒の角度や光度関数といった構造的パラメータに起因する系誤差を評価すること。
• データ選択、スパイラルアームの混入、モデル仮定の変動に対するパターン速度測定の頑健性を検証すること。
• 太陽系近傍からの独立した測定と整合する、自己自己一致の動的制約を棒の性質に与えること。

提案手法

• VVV赤外アストロメトリックカタログ（VIRACv1）の相対的自己運動と、絶対的Gaia DR2基準座標系を組み合わせることで、距離分解能を有する絶対的自己運動を取得する。
• P17のモデルに基づき、星数と視線速度からキャリブレーションされた、明確に定義されたパターン速度を持つM2M動的モデルのグリッドを用いる。
• 外れ値に強い尤度関数を適用し、測定外れ値によるバイアスを最小限に抑えることで、観測gVIRAC運動学とモデル予測の比較を堅牢に行う。
• 明るさ依存の自己運動誤差、赤クチクラスタ（RC&B）選択、光度関数の選択、棒の角度の不確実性に起因する系統的誤差を定量化する。
• 最終的なパrameter推定値を導出するために、周辺化された後部確率分布を用い、系統的誤差を直交和で組み込む。
• 測定されたΩbを最近の回転曲線データと組み合わせ、共鳴半径（コリレーション半径およびリンブレート半径）を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 内側の棒／バルジ領域からの運動学的データに基づき、銀河の棒構造のパターン速度（Ωb）の正確な値は何か？
• RQ2 棒の角度、光度関数の選択、スパイラルアームの混入といった系統的効果が、測定されたパターン速度にどのように影響を与えるか？
• RQ3 測定されたパターン速度は、速い棒や短い棒よりも『長く遅い棒』のシナリオを支持するか？
• RQ4 コリレーション半径およびリンブレート半径はそれぞれどのように推定され、他の運動学的特徴（例：ヘルクレスストリーム）と整合的か？
• RQ5 gVIRACデータは、太陽系近傍の運動学的測定から得られた最近のパターン速度推定値を独立して確認できるか？

主な発見

• 棒のパターン速度は、系統的誤差を完全に考慮した上で、Ωb = 33.29 ± 1.81 km s⁻¹ kpc⁻¹ と測定された。
• 太陽の方位速度は、𝑉𝜙,⊙ = 251.31 ± 1.95 km s⁻¹ と決定され、最近の太陽系近傍測定と整合的である。
• コリレーション半径は 6.5 < 𝑅CR [kpc] < 7.5 と推定され、外側リンブレート共鳴半径（OLR）は 10.7 < 𝑅OLR [kpc] < 12.4 である。
• 高次モード𝑚=4のOLRは 8.7 < 𝑅OLR4 [kpc] < 10.0 に位置し、太陽系近傍における複雑な速度構造と関連する可能性がある。
• 測定されたΩb値は『長く遅い棒』のシナリオを強く支持しており、ヘルクレスストリーム運動学を用いた最近の研究と整合的である。
• モデルとデータの比較において、ファイドゥシャルケースでrms精度が9 km s⁻¹未満に達しており、P17モデルがgVIRACデータにフィットさせられていないにもかかわらず達成された。