[論文レビュー] The ultra-diffuse galaxy NGC 1052-DF2 with MUSE: I. Kinematics of the stellar body

Éric Emsellem, R. F. J. van der Burg+15 more|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 83被引用数 41

ひとこと要約

この論文は、MUSEを用いたDF2の恒星体の初のスペクトル分析を提示し、系統速度、弱い prolate-like rotation、低い恒星速度分散を導出し、それが質量/ダークマター含有量に与える影響を示唆する。

ABSTRACT

The so-called ultra-diffuse galaxy NGC~1052-DF2 was announced to be a galaxy lacking dark matter based on a spectroscopic study of its constituent globular clusters. Here we present the first spectroscopic analysis of the stellar body of this galaxy using the MUSE integral-field spectrograph at the (ESO) Very Large Telescope. The MUSE datacube simultaneously provides DF2's stellar velocity field and systemic velocities for seven globular clusters (GCs). We further discovered three planetary nebulae (PNe) that are likely part of this galaxy. While five of the clusters had velocities measured in the literature, we were able to confirm the membership of two more candidates through precise radial velocity measurements, which increases the measured specific frequency of GCs in DF2. The mean velocity of the diffuse stellar body, 1792.9$^{-1.8}_{+1.4}$~\kms, is consistent with the mean globular cluster velocity. We detect a weak but significant velocity gradient within the stellar body, with a kinematic axis close to the photometric major-axis, making it a prolate-like rotator. We estimate a velocity dispersion from the clusters and PNe of $σ_{\mathrm{int}}=10.6^{+3.9}_{-2.3}$~\kms. The velocity dispersion $σ_{ m{DF2}\star}$( e) for the stellar body within one effective radius is $10.8^{-4.0}_{+3.2}$~\kms. Considering various sources of systemic uncertainties this central value varies between 5 and 13~\kms, and we conservatively report a 95\% confidence upper limit to the dispersion within one e\ of 21~\kms. We provide updated mass estimates based on these dispersions corresponding to the different distances to NGC~1052-DF2 that have been reported in the recent literature.

研究の動機と目的

• DF2のダークマター論争の動機づけと、恒星体運動学を特徴づける必要性。
• MUSEデータを用いてDF2の系統 velocityと速度場の堅牢な測定を提供。
• 恒星体と個別トレーサ（球状星団と惑星状星雲）の速度分散を特徴づける。
• 回転/運動学的構造を評価し、球状星団/惑星状星雲の運動学と比較して動力学的質量への含意を推定。
• 文献で議論された異なる距離仮定の下で、DF2の質量推定を更新する。

提案手法

• VLT/MUSEを用いてDF2の全域光スペクトロスコピーを取得し、オンターゲット時間約5.1時間。
• MUSE esorexパイプラインでデータを減算処理し、星空線を用いて波長を較正（2 km/sの均一性を確保）、Zurich Atmosphere Purge (ZAP)で天の川の天空 subtractionを実施。
• PSFマッチングされたアポーチャーとガウス重み付けを用いてDF2、GC、PNeのスペクトルを抽出し、グローバルスペクトルとVoronoi分割マップを構築。
• pPXFを用いて2つの恒星ライブラリ（eMilesと Pegase-HR）でテンプレートを適合させ、速度と分散を導出し、不確かさのブートストラップ実現を含む。
• 波長依存のスペクトル分解能（LSF）を考慮し、テンプレート選択、スペクトル領域、背景処理に対するロバスト性を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DF2恒星体の系統速度は何であり、そのGC系と一致するか。
• RQ2 DF2の恒星体の速度場と回転信号は何で、扁平型か長軸方向伸長の運動学に類似するか。
• RQ3 1つの有効半径内の速度分散はどの程度で、異なるテンプレートとスペクトル領域を用いるとどう変わるか。
• RQ4 関連するGCと発見されたPNeの速度は星系の系統速度と運動学的傾向とどのように比較されるか。
• RQ5 測定された運動学が、異なる距離仮定の下でDF2の動力学的質量とダークマター含有量にどのような影響をもたらすか。

主な発見

• 恒星体の系統速度は 1792.9 km/s で、的不確かさは -1.8/+1.4 (stat) および -1.3/+0.2 (systematic)。
• 弱いが有意な速度勾配が存在し、運動軸がフォトメトリックな主軸付近にあり、プロレート様の回転を示す。
• GCとPNeから推定される内部分散は σ_int = 10.6^{+3.9}_{-2.3} km/s。
• 半規定円板の内側の一有効半径内の恒星体分散は σ_DF2★(R_e) = 10.8^{+3.2}_{-4.0} km/s で、システム統計を考慮した場合の95%上限は 21 km/s。
• 分散は 0.5–1.5 R_e の範囲で一貫しており、テンプレートとスペクトル領域に応じて名目値は約 9–11 km/s。
• DF2の更新された質量推定は、 measured dispersions を踏まえ、仮定距離が異なる（13対20 Mpc）場合に提供。