[논문 리뷰] Extended stellar systems in the solar neighborhood - II. Discovery of a nearby 120° stellar stream in Gaia DR2

Stefan Meingast, J. Alves외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 18.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 27인용 수 35

한 줄 요약

본 논문은 Gaia DR2 데이터로 추적된 약 100 pc 거리의 크고 동역적으로 차갑고 동시대의 별 스트림을 발견하고 특성화한 것을 보고합니다. 이 스트림은 하늘 면적 120°에 걸쳐 있고 길이는 400 pc입니다.

ABSTRACT

We report the discovery of a large, dynamically cold, coeval stellar stream that is currently traversing the immediate solar neighborhood at a distance of only 100 pc. The structure was identified in a wavelet decomposition of the 3D velocity space of all stars within 300 pc to the Sun. Its members form a highly elongated structure with a length of at least 400 pc, while its vertical extent measures only about 50 pc. Stars in the stream are not isotropically distributed but instead form two parallel lanes with individual local overdensities, that may correspond to a remnant core of a tidally disrupted cluster or OB association. Its members follow a very well-defined main sequence in the observational Hertzsprung-Russel diagram and also show a remarkably low 3D velocity dispersion of only 1.3 km s$^{-1}$. These findings strongly suggest a common origin as a single coeval stellar population. An extrapolation of the present-day mass function indicates a total mass of at least 2000 M$_\odot$, making it larger than most currently known clusters or associations in the solar neighborhood. We estimated the stream's age to be around 1 Gyr based on a comparison with a set of isochrones and giant stars in our member selection and find a mean metallicity of $\left[ \mathrm{Fe/H} ight] = -0.04$. This structure may very well represent the Galactic disk counterpart to the prominent stellar streams observed in the Milky Way halo. As such, it constitutes a new valuable probe to constrain the Galaxy's mass distribution.

연구 동기 및 목표

• 태양 이웃에서 알려진 군집을 넘어 동역적으로 차가운 별 구조를 식별한다.
• 새로 발견된 스트림의 형태학, 운동학, 및 동시대성 특성을 특징화한다.
• 기원과 은하 디스크 질량 탐색의 잠재력을 평가하기 위해 나이, 금속성, 총 질량을 추정한다.

제안 방법

• 태양으로부터 300 pc 이내의 별들에 대해 3D 속도 공간 히스토그램(v_r, v_phi, v_z)을 구성한다.
• 약 1.5 km/s 규모의 과다밀도(overdensity)를 식별하기 위해 웨이블릿 분해를 적용한다.
• 속도 피크를 추출하고 (r, phi, z, v_r, v_phi, v_z)에서 DBSCAN으로 6D 군집화를 수행한다.
• 공간 밀도 필터링을 적용해 최종 스트림 구성원을 도출하고 HR 다이어그램 및 아이소크로네와 대조한다.
• 갈락틱 평면을 가로지르는 대칭된 위상공간 샘플링을 통해 오염을 추정한다.
• 스트림 구성원과 LAMOST를 대조하여 금속성을 추정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 태양 이웃에서 알려진 군집을 넘어 동역적으로 차가운 별 스트림의 존재 여부와 범위는 무엇인가?
• RQ2 새로 식별된 스트림의 운동학적, 구조적 및 별 집단 특성(나이, 금속성, 질량)은 무엇인가?
• RQ3 이 디스크 관련 스트림이 은하 질량 분포 이해에 어떻게 기여하는가?

주요 결과

• 약 400 pc 길이의 크고 길쭉한 스트림을 확인했으며 수직 방향 확장은 ≈50 pc, 축 방향 비는 8.4:2.7:1.0이다.
• 구조 전체에서 3D 속도 분산이 1.3 km/s로 매우 낮은 것으로 측정되었다.
• 스트림은 은하면에서 ≈75–100 pc 아래에 위치하고 있으며 은하 면에 멀어지고 있지만 헤일로로 탈출하지는 않았다.
• 관찰 HR 도표에서 명확한 주계열이 관찰되었고, 약 1 Gyr의 단일 동시대 인구를 지지한다.
• 현재 질량 함수로는 최소 총 질량이 약 2000 Msun 이상임을 시사하며, 이는 대부분의 근처 군집/협회원보다 크다.
• LAMOST 대조에서의 평균 금속성: [Fe/H] ≈ -0.04 ± 0.15