[논문 리뷰] Confirmation Of Two New Galactic Bulge Globular Clusters: FSR 19 and FSR 25

C. Obasi, M. Gómez외 2명|arXiv (Cornell University)|2021. 06. 16.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 54인용 수 21

한 줄 요약

이 연구는 VVVX 및 2MASS 설문조사의 깊은 적외선 광도 측정과 Gaia EDR3 천체 운동학 데이터를 결합하여, 은하수 부근의 진짜로 낮은 빛을 내는 구형별집단인 FSR 19와 FSR 25를 확인한다. 분석 결과 두 별집단은 약 7 kpc의 거리에 있으며, 나이는 약 11 Gyr, [Fe/H] = -0.5 dex이며, 통합 magnitude MKs ≈ -7.7 및 -7.3 mag로, 알려진 부근의 가장 어두운 구형별집단들 중 하나로 위치한다.

ABSTRACT

Globular clusters (GCs) in the Milky Way (MW) bulge are very difficult to study because: i) they suffer from the severe crowding and galactic extinction; which are characteristic of these inner Galactic regions ii) they are more prone to be affected by dynamical processes. Therefore, they are relatively faint and difficult to map. However, deep near-infrared photometry like that provided by the VISTA Variables in the Via L\'actea Extended Survey (VVVX) is allowing us to map GCs in this crucial yet relatively uncharted region. Our results confirm with high confidence that both FSR 19 and FSR 25 are genuine MW bulge GCs. Each of the performed tests and resulting parameters provides clear evidence for the GC nature of these targets. We derive distances of 7.2$\pm$0.7 kpc and D=7.0$\pm$0.6 (corresponding to distance moduli of 14.29$\pm$0.08 and 14.23$\pm$0.07) for FSR 19 and FSR 25, respectively. Their ages and metallicities are 11 Gyr and [Fe/H]= -0.5 dex for both clusters, which were determined from Dartmouth and PARSEC isochrone fitting. The integrated luminosities are M$_{Ks}$(FSR 19) = -7.72 mag and M$_{Ks}$(FSR 25) = -7.31 mag which places them in the faint tail of the GC Luminosity Function. By adopting a King profile for their number distribution, we determine their core and tidal radii ($r_c$, $r_t$). For FSR 19, r$_{c}$= 2.76$\pm$0.36 pc and r$_{t}$=5.31$\pm$0.49 pc, while FSR 25 appears more extended with r$_{c}$= 1.92$\pm$0.59 pc and r$_{t}$=6.85$\pm$1.78 pc. Finally their mean GC PMs (from Gaia EDR3) are $\mu_{\alpha^\ast}$= -2.50 $\pm$0.76 mas $yr^{-1}$, $\mu_{\delta}$= -5.02 $\pm$0.47 mas $yr^{-1}$ and $\mu_{\alpha^\ast}$= -2.61 $\pm$ 1.27 mas $yr^{-1}$ , $\mu_{\delta}$= -5.23 $\pm$0.74 mas $yr^{-1}$ for FSR 19 and FSR 25, respectively. }

연구 동기 및 목표

• 은하수 부근에서 희미하고 심하게 은폐된 FSR 19와 FSR 25가 진정한 구형별집단인지 확인하기 위해.
• 이 두 후보자들의 주요 물리적 매개변수—거리, 나이, 금속성, 빛의 세기, 구조적 반경, 천체 운동학—을 측정하기 위해.
• 은하수 부근에서의 높은 흡수와 붐비는 상황에 도전하기 위해 깊은 적외선 광도 측정과 정밀한 천체 운동학을 사용하기 위해.
• 역사적으로 접근하기 어려운 내부 은하수에서 낮은 빛을 내는 구형별집단의 수를 개선하기 위해.

제안 방법

• 은하수 부근의 흡수 효과를 줄이기 위해 VVVX 및 2MASS 설문조사의 적외선 광도 측정을 활용하였다.
• VVVX, 2MASS 및 Gaia EDR3 데이터를 융합하여 별 집단의 정밀한 광도, 천체 운동학, 천체 운동을 확보하였다.
• Dartmouth 및 PARSEC 모델을 사용하여 색-등급도도(CMD) 분석과 이소클론 피팅을 수행하여 나이와 금속성을 유도하였다.
• 광도 함수에 강력한 KS 검정을 적용하여, 별집단의 과잉 밀도가 필드 별들과 대비하여 확인되었다.
• 핵 반경(rc)과 탈출 반경(rt)을 측정하기 위해 천체 밀도의 반경 분포에 King 프로파일을 적합시켰다.
• 천체 운동학과 광도 일관성 기반으로 강인한 선택 기준을 적용하여 간섭성 별을 제거하고 샘플의 순도를 확보하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 FSR 19와 FSR 25는 진정한 구형별집단인지, 아니면 필드 별 과잉 또는 다른 천체계인가?
• RQ2 FSR 19와 FSR 25의 거리, 나이, 금속성, 빛의 세기는 무엇이며, 알려진 부근 구형별집단과 비교해 보면 어떻게 되는가?
• RQ3 핵 반경과 탈출 반경 등의 구조적 매개변수와 천체 운동학적 특징이 FSR 19와 FSR 25의 진정한 구형별집단으로서의 분류를 지지하는가?
• RQ4 이전의 2MASS 전용 또는 H-대역 거리 방법에 의한 추정치와 비교해 볼 때, FSR 19와 FSR 25의 유도된 매개변수는 어떻게 되는가?
• RQ5 은하수의 형성과 진화 맥락에서 그들의 낮은 빛의 세기와 금속성은 어떤 의미를 갖는가?

주요 결과

• FSR 19와 FSR 25는 다수의 독립적 검증을 통해 은하수 부근에 있는 진정한 구형별집단으로 높은 신뢰도로 확인되었다.
• FSR 19의 거리는 7.2 ± 0.7 kpc (거리 모듈러스 14.29 ± 0.08 mag)이며, FSR 25의 거리는 7.0 ± 0.6 kpc (거리 모듈러스 14.23 ± 0.07 mag)이다.
• 두 별집단 모두 동일한 나이 11 Gyr와 금속성 [Fe/H] = -0.5 dex를 가지며, NIR CMD에 대한 이소클론 피팅을 통해 유도되었다.
• 통합 Ks 대역의 절대 등급은 FSR 19에 대해 MKs = -7.72 mag, FSR 25에 대해 MKs = -7.31 mag이며, 이는 구형별집단의 빛의 세기 함수의 희미한 尾에 위치한다.
• FSR 19의 핵 반경은 2.76 ± 0.36 pc, 탈출 반경은 5.31 ± 0.49 pc이며, FSR 25는 더 넓게 퍼져 있어 rc = 1.92 ± 0.59 pc, rt = 6.85 ± 1.78 pc이다.
• 그들의 Gaia EDR3 천체 운동학은 동일한 운동군에 속함을 보여주며, µα∗ ≈ -2.5 mas yr⁻¹, µδ ≈ -5.0 mas yr⁻¹ (FSR 19), µα∗ ≈ -2.6 mas yr⁻¹, µδ ≈ -5.2 mas yr⁻¹ (FSR 25)이다.