[論文レビュー] Willman 1 - A Galactic Satellite at 40 kpc With Multiple Stellar Tails

Beth Willman, Morad Masjedi+7 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2006

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、40 kpcの距離に位置する遠方の銀河系衛星、ウィルマン1の広視野画像測光を提示しており、それが古く中程度に金属量が低い系であり、半光半径が21 ± 7 pc、絶対等級M_V = -2.5 magであることが明らかになった。データは顕著な多方向性の星々の尾と顕著な質量分離を示しており、これは天の川銀河による強い潮汐破壊を示唆し、近点付近または過去の相互作用の後である可能性がある。これは、球状星団と小銀河縁の区別を曇らせるものである。

ABSTRACT

SDSSJ1049+5103, commonly known as Willman 1, is an extremely low-luminosity Milky Way companion whose properties are intermediate between those of globular clusters and dwarf spheroidals. In this paper, we use deep photometry to show that this object is old and moderately metal-poor, has a distance of 38 +/- 7 kpc, has an M_V of -2.5 mag, and has a half-light radius of 21 +/- 7 pc, consistent with previous estimates. The spatial distribution of Willman 1's main sequence stars shows 1) its total spatial extent exceeds its tidal radius for a range of assumptions about its total mass and its orbit and 2) the presence of prominent multi-directional stellar tails. The tidal interactions causing these tail features may explain the large physical size of Willman 1 relative to low-luminosity globular clusters. It is the most distant Galactic object yet known to display prominent tails, and is the only distant satellite to display multi-directional tails. Although we cannot at present determine the cause of this unusual morphology, preliminary comparisons between the morphology of Willman 1 and published simulations suggest that it may be near the apocenter of its orbit, or that it may have interacted with another halo object. We find a significant difference between the luminosity functions of stars in the center and in the tails of Willman 1, strongly suggesting mass segregation much like that seen in Palomar 5. Although Willman 1 has more pronounced tidal tails than most confirmed Milky Way dwarf galaxies, because of its very low stellar mass we cannot at present rule out the possibility that it has a dark matter halo. (Abridged)

研究の動機と目的

• 40 kpcの低光度銀河系衛星であるウィルマン1の構造的および運動的性質を、深さのある広視野画像測光を用いて特定すること。
• ウィルマン1が動的平衡状態にあるのか、それとも天の川銀河による強い潮汐破壊を受けているのかを調査すること。
• その多方向性の星々の尾の原因を評価し、それらが軌道的歴史および質量光度比に与える含意を明らかにすること。
• 観測された質量分離が、動的進化か初期状態かを評価し、パラモール5のような球状星団と比較すること。

提案手法

• 主系列の折り返し点より3等級下まで広がる広視野画像測光を取得し、ウィルマン1の全星々の分布を調査する。
• 星々のローカスフィットと完全性補正を用いて距離、半光半径、絶対等級を測定する。
• 主系列星の空間分布を分析し、多方向性の潮汐尾を特定する。
• 中心部と尾部における等級関数を比較し、質量分離を検出する。
• 動的質量と軌道仮定に基づく潮汐半径の推定値を用いて、平衡状態を評価する。
• N体シミュレーションとの比較を通じて、可能な軌道的配置と相互作用歴史を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ウィルマン1は動的平衡状態にあるのか、それともその広大な空間的広がりは天の川銀河による強い潮汐力の結果なのか？
• RQ2 ウィルマン1に観測された多方向性の星々の尾の原因は何か。これはその軌道的位相または過去の相互作用に何を示唆するのか？
• RQ3 ウィルマン1で観測された質量分離は、動的進化か初期状態かに一致するのか。パラモール5のような球状星団と比較するとどうなるか？
• RQ4 ウィルマン1の星々の質量が低いにもかかわらず、顕著な潮汐尾が観測されるのは、どうしてなのか。これは暗黒物質ハローの存在を示唆するのか？
• RQ5 ウィルマン1が破壊された球状星団か、小銀河縁である可能性はどれほど高く、その形状は銀河系の星々のハロー形成にどのように関与するのか？

主な発見

• ウィルマン1の再評価されたVバンド絶対等級はM_V = -2.5 magであり、以前の推定より明るさが低いことが判明した。
• この系の半光半径は21 ± 7 pcであり、距離は38 ± 7 kpcに位置しており、その極めて暗い明るさと遠方の位置を確認した。
• 質量と軌道の仮定の範囲内で、ウィルマン1の全空間的広がりはその潮汐半径を上回っており、天の川銀河による強い潮汐的影響を受けていることが示唆された。
• 主系列星の空間的分布は、顕著な多方向性の星々の尾を明らかにした。これは、遠方の銀河系衛星においては稀な特徴である。
• 中心部と尾部における等級関数の差は顕著であり、パラモール5で観測されたものと類似した質量分離の強い証拠を示している。
• 星々の質量が低いにもかかわらず、この系の形状と質量分離は、暗黒物質ハローと整合的であるが、これはまだ確認されていない。