[논문 리뷰] A Population of Accreted SMC Stars in the LMC

Knut Olsen, Dennis Zaritsky외 3명|arXiv (Cornell University)|2011. 05. 31.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 48인용 수 57

한 줄 요약

이 연구는 대마젤란운성(LMC)의 약 ~5%에 해당하는 별들 중 LMC 디스크 회전과 일치하지 않는 운동을 보이는 별들을 특정하여, 이들은 소마젤란운성(SMC)으로부터 적재된 것으로 밝혀냈다. 적색편이, Ca 삼중선을 통한 금속성 측정, 공간 분포를 바탕으로 저자들은 이 별들이 반대 방향으로 도는 것 또는 매우 기울어진 디스크에 있는 것으로 보이며, 이는 이전에는 tidal 잔해로 여겨졌던 H I 팔들과 연관되어 있다. 이는 H I 팔들이 실제로 SMC로부터 유입되는 물질일 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We present an analysis of the stellar kinematics of the Large Magellanic Cloud based on ~5900 new and existing velocities of massive red supergiants, oxygen-rich and carbon-rich AGB stars, and other giants. After correcting the line-of-sight velocities for the LMC's space motion and accounting for asymmetric drift in the AGB population, we derive a rotation curve that is consistent with all of the tracers used, as well as that of published HI data. The amplitude of the rotation curve is v_0=87+/-5 km s^-1 beyond a radius R_0=2.4+/-0.1 kpc, and has a position angle of the kinematic line of nodes of theta=142 degrees +/-5 degrees. By examining the outliers from our fits, we identify a population of 376 stars, or >~5% of our sample, that have line-of-sight velocities that apparently oppose the sense of rotation of the LMC disk. We find that these kinematically distinct stars are either counter-rotating in a plane closely aligned with the LMC disk, or rotating in the same sense as the LMC disk, but in a plane that is inclined by 54 degrees +/- 2 degrees to the LMC. Their kinematics clearly link them to two known HI arms, which have previously been interpreted as being pulled out from the LMC. We measure metallicities from the Ca triplet lines of ~1000 LMC field stars and 30 stars in the kinematically distinct population. For the LMC field, we find a median [Fe/H]=-0.56 +/- 0.02 with dispersion of 0.5 dex, while for the kinematically distinct stars the median [Fe/H] is -1.25 +/- 0.13 with a dispersion of 0.7 dex. The metallicity differences provide strong evidence that the kinematically distinct population originated in the SMC. This interpretation has the consequence that the HI arms kinematically associated with the stars are likely falling into the LMC, instead of being pulled out.

연구 동기 및 목표

• 질량이 큰 빨간 초거성과 AGB 별의 적색편이를 이용하여 대마젤란운성(LMC)의 내부 운동학을 조사한다.
• 소마젤란운성(SMC)으로부터의 적재 가능성을 시사하는 운동학적으로 구별되는 별 집단을 식별하고 특성화한다.
• H I 팔의 기원을 별 집단의 운동학과 연결하여 규명한다.
• 이상한 별 집단의 금속성과 공간 분포를 평가하여 SMC 기원을 검증한다.

제안 방법

• 4m 블랑코 망원경에 장착된 Hydra-CTIO 다섬유 스펙트로그래프를 이용해 새로운 및 기존의 적외선 관측을 통해 약 5900개의 적색편이를 확보하였다. 이는 빨간 초거성, AGB 별 및 기타 거대별을 대상으로 하였다.
• LMC의 전체 공간 운동을 보정하고, AGB 별 집단에 대해 비대칭 이동 보정을 적용하여 일관된 회전곡선을 유도하였다.
• 회전곡선에 대한 속도 이질점 분석을 통해 운동학적으로 구별되는 별들을 식별하였으며, 공간적 및 운동학적 군집을 이용해 이상한 별 집단을 정의하였다.
• 약 1000개의 LMC 현장 별과 이상한 별 집단의 30개 별에서 Ca II 삼중선의 흡수선을 이용해 금속성을 측정하여 SMC의 금속성과 비교하였다.
• 이상한 별 집단의 색-등급도를 외부 SMC의 것과 비교하여 광학적 일치성을 평가하였다.
• 이상한 별 집단의 운동 기하학을 모델링하여, 이들이 LMC 평면에서 반대 방향으로 도는지 또는 LMC 평면에 대해 54° ± 2° 기울어진 디스크에서 도는지 판단하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LMC 내 운동학적으로 구별되는 별 집단의 기원은 무엇이며, 이는 SMC로부터의 적재와 일치하는가?
• RQ2 이상한 별들의 금속성은 LMC 및 SMC의 것과 어떻게 비교되는가? 이는 기원에 대해 어떤 시사점을 갖는가?
• RQ3 LMC의 H I 팔은 실제로 타이드 잔해인가, 아니면 SMC로부터의 유입 물질일 수 있는가?
• RQ4 이상한 별 집단의 공간적 및 운동학적 기하학적 구조는 무엇이며, 정상적인 LMC 디스크와 어떻게 다를까?
• RQ5 운동학적 및 금속성 데이터는 H I 팔이 타이드로 분리된 것이 아니라 유입 중임을 재해석하는 데 뒷받침하는가?

주요 결과

• 빨간 초거성, AGB 별, H I 자료를 바탕으로 유도된 LMC의 회전곡선은 다양한 추적자들 간에 일관되며, R₀ = 2.4 ± 0.1 kpc 이상에서 회전 속도 v₀ = 87 ± 5 km s⁻¹를 보인다.
• 376개의 별(샘플의 약 ~5%)이 LMC 디스크 회전과 일치하지 않는 운동을 보이며, 이는 LMC 평면에서 반대 방향으로 도는 것 또는 LMC 평면에 대해 54° ± 2° 기울어진 디스크에서 도는 것으로 나타났다.
• 운동학적으로 구별되는 별들은 주로 AGB 별이며, 정상적인 AGB 별이 풍부한 중심 영역을 피하는 공간적 이격을 보인다.
• 이상한 별 집단의 중앙 금속성은 [Fe/H] = -1.25 ± 0.13 dex이며 분산은 0.7 dex로, LMC 현장의 중앙 금속성 [Fe/H] = -0.56 ± 0.02 dex보다 유의미하게 낮으며, SMC 기원과 일치한다.
• 이상한 별 집단의 J - [3.6], [3.6] 색-등급도는 같은 거리로 이동시켰을 때 외부 SMC의 그것과 일치하여 SMC 기원을 지지한다.
• 이상한 별들과 연관된 H I 팔은 LMC에서 타이드로 분리된 것이 아니라 SMC로부터의 유입 기체일 가능성이 높으며, 이는 마젤란 스트림과 리딩 암의 형성 모델을 재검토할 필요가 있음을 시사한다.