[논문 리뷰] A Revised Velocity for the Globular Cluster GC-98 in the Ultra Diffuse Galaxy NGC1052-DF2

Pieter van Dokkum, Yotam Cohen외 10명|arXiv (Cornell University)|2018. 06. 12.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 초가벼운 산란성 은하 NGC 1052-DF2의 구형성단 GC-98의 적색편이를 이전에 간과한 LRIS 스펙트럼을 통합하여 1764 km/s에서 1784 km/s로 재평가하고, 내재 속도 분산을 σ_intr = 5.6⁺⁵.²₋₃.₈ km/s로 감소시켰다. 수정된 값은 항성 운동만으로 설명 가능하며, 이는 NGC 1052-DF2가 기준선의 항성질량-은하질량 관계에서 매우 어두운 물질이 결여된 것으로 결론 내리는 데 더욱 힘을 싣는다.

ABSTRACT

We recently published velocity measurements of luminous globular clusters in the galaxy NGC1052-DF2, concluding that it lies far off the canonical stellar mass - halo mass relation. Here we present a revised velocity for one of the globular clusters, GC-98, and a revised velocity dispersion measurement for the galaxy. We find that the intrinsic dispersion $σ=5.6^{+5.2}_{-3.8}$ km/s using Approximate Bayesian Computation, or $σ=7.8^{+5.2}_{-2.2}$ km/s using the likelihood. The expected dispersion from the stars alone is ~7 km/s. Responding to a request from the Editors of ApJ Letters and RNAAS, we also briefly comment on the recent analysis of our measurements by Martin et al. (2018).

연구 동기 및 목표

• 이전에 간과된 LRIS 스펙트럼을 발견한 후, NGC 1052-DF2의 구형성단 GC-98의 적색편이를 재평가한다.
• 수정된 속도가 NGC 1052-DF2의 내재 속도 분산과 은하질량에 미치는 영향을 평가한다.
• 특히 항성질량-은하질량(SMHM) 관계에서의 이격 현상에 대한 동적질량과 어두운 물질 함량을 업데이트된 운동학 데이터를 바탕으로 재정의한다.
• 가장자리 확률 및 근사 베이지안 계산(ABC) 방법을 사용하여 속도 분산 추정치를 정밀화하여, 은하의 어두운 물질 함량에 대한 상충되는 해석을 다룬다.
• NGC 1052-DF2가 항성질량-은하질량 관계에서 극단적인 이방성체임을 다시 강화한다. 이는 어두운 물질 함량이 극히 적다.

제안 방법

• LRIS와 DEIMOS 스펙트로그래프의 총 28,800초 노출 데이터를 통합하여 GC-98의 고신호대비비 스펙트럼을 확보한다.
• van Dokkum 등(2018a)의 방법과 동일한 절차를 사용하여 적색편이를 재산정하며, 원래 DEIMOS 피팅에서 존재하던 체계적 잔차를 보정한다.
• 근사 베이지안 계산(ABC)에서 이중 척도 및 평균 제곱근(rms)을 요약 통계량으로 사용하여, 비모수적 가능도 형태를 가정하지 않고 내재 속도 분산을 추정한다.
• 수정된 속도를 기반으로 최대우도 기반 추론을 수행하여 σ_intr와 그 신뢰구간을 계산한다.
• 유도된 σ_intr를 항성 속도 분산(σ_stars = 7.0⁺¹.⁶₋₁.³ km/s)과 SMHM 관계 예측치(σ_intr ≈ 35 ± 6 km/s)와 비교한다.
• 질량-광도 비율(M/L)을 통해 은하질량을 평가하고, 질량-광도 비율의 반경 의존성을 고려하여 SMHM 관계 기대치와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 추가로 발견된 LRIS 스펙트럼를 고려할 때, NGC 1052-DF2의 구형성단 GC-98의 진정한 적색편이는 무엇인가?
• RQ2 GC-98의 수정된 속도가 NGC 1052-DF2의 구형성단계의 내재 속도 분산에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 수정된 분산은 NGC 1052-DF2가 어두운 물질이 결여된 것으로 보는 가설을 어느 정도 지지하거나 반박하는가?
• RQ4 업데이트된 σ_intr 제약 조건은 항성 전용 분산과 SMHM 관계 예측치와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 초가벼운 산란성 은하인 NGC 1052-DF2와 같이 M/L 비율이 어두운 물질 질량의 신뢰할 수 있는 대체 지표가 될 수 있는가?

주요 결과

• GC-98의 수정된 적색편이는 cz = 1784⁺¹⁰₋₁⁰ km/s로, 이전에 보고된 1764⁺¹¹₋₁⁴ km/s와는 다소 높은 값으로, 원래 DEIMOS 피팅에서 존재하던 체계적 잔차 때문이었다.
• 내재 속도 분산은 90% 신뢰수준에서 σ_intr = 5.6⁺⁵.²₋₃.₈ km/s로 추정되었으며, 최대우도 기반 추정치는 7.8⁺⁵.²₋₂.² km/s였다.
• 수정된 σ_intr는 항성 속도 분산(σ_stars = 7.0⁺¹.⁶₋₁.³ km/s)과 일치하여 어두운 물질의 기여가 극히 미미함을 시사한다.
• 반경 R = 7.6 kpc 범위 내에서 은하질량은 M_halof < 1 × 10⁹ M⊙로 제약되며, 이는 M_halof / M_stars 비율이 순위 수준이지만 SMHM 관계 기대치인 약 300보다 훨씬 낮음을 의미한다.
• 이 은하는 SMHM 관계에서 최소 60배 이상 낮은 위치에 위치해 있어, 이는 그가 관계의 저질량 쪽에서 극단적인 이방성체임을 더욱 강화한다.
• NGC 1052-DF2의 M/L 비율은 반경 의존성이 강해 어두운 물질 질량의 신뢰할 수 있는 대체 지표로 기능하지 않으며, 8.1 이하의 값은 어두운 물질 함량이 크지 않음을 의미한다.