[논문 리뷰] Gaia early DR3 systemic motions of Local Group dwarf galaxies and orbital properties with a massive Large Magellanic Cloud

G. Battaglia, Salvatore Taibi외 2명|arXiv (Cornell University)|2021. 06. 16.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 1인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 가시은하단 내 73개의 난쟁이 은하에 대해 가이아 초기 DR3를 사용하여 체계적인 자기운동을 처음으로 정량적으로 결정한다. 공간적, 색-등급도, 자기운동 데이터를 통합한 민감한 베이지안 방법을 적용한다. 거대한, 들어오는 빅 마젤란 구름(LMC)을 중력잠재에너지에 포함시키면 궤도 해석이 크게 변화하며, 6개의 은하가 LMC와 관련이 있을 가능성이 확인되고, tidal 상호작용과 too-big-to-fail 문제에 대한 새로운 통찰을 제공한다.

ABSTRACT

We perform a comprehensive determination of the systemic proper motions of 74 dwarf galaxies and dwarf galaxy candidates in the Local Group based on Gaia early data release 3. The outputs of the analysis for each galaxy, including probabilities of membership, will be made publicly available. The analysis is augmented by a determination of the orbital properties of galaxies within 500 kpc. We adopt the flexible Bayesian methodology presented by McConnachie \& Venn (2020), which takes into account the location of the stars on the sky, on the colour-magnitude diagram and on the proper motion plane. We apply some modifications, in particular to the way the colour-magnitude diagram and spectroscopic information are factored in, e.g. by including stars in several evolution phases. The bulk motions are integrated in three gravitational potentials: two where the Milky Way is treated in isolation and has a mass 0.9 \& 1.6 $ imes 10^{12}$M$_{\odot}$ and the time-varying potential by Vasiliev et al. (2021), which includes the infall of a massive Large Magellanic Cloud (LMC). We are able to determine bulk proper motions for 73 systems, and we consider reliable 66 of these measurements. For the first time, systemic motions are presented for galaxies out to a distance of 1.4 Mpc, in the NGC~3109 association. The inclusion of the infall of a massive LMC significantly modifies the orbital trajectories of the objects, with respect to orbit integration in static Milky Way-only potentials, and leads to 6 galaxies being likely associated to the LMC, 3 possibly associated and 1 recently captured object. We discuss the results of the orbit integration in the context of the relation of the galaxies to the system of Milky Way satellites, implications for the too-big-to-fail problem, impact on star formation histories, and tidal disruption.

연구 동기 및 목표

• 가이아 초기 DR3의 천체역학 데이터를 사용하여 국지은하단 내 74개의 난쟁이 은하 및 후보자들에게 정밀한 체계적 자기운동을 결정하기 위해.
• 거대하고 들어오는 빅 마젤란 구름(LMC)이 국지은하단 난쟁이 은하의 궤도 진화에 미치는 역다이나믹스 영향을 조사하기 위해.
• 다양한 천체역학적 및 광학적 제약 조건을 통합하여 자기운동 측정의 신뢰성을 평가하기 위해.
• too-big-to-fail 문제, 별 형성 역사, 난쟁이 은하의 tidal 분열에 대한 함의를 탐색하기 위해.
• 미래의 역다이나믹스 모델링을 위해 공개 가능한 확률적 소속 및 운동 추정치를 제공하기 위해.

제안 방법

• 별들의 공간 분포, 색-등급도도 위치, 자기운동을 동시에 모델링하는 민감한 베이지안 프레임워크를 채택한다.
• 다양한 진화 단계에 있는 별들을 포함하고, 전경/배경 별의 경험적 분포를 사용하여 오염 모델링을 향상시킨다.
• 세 가지 중력잠재에너지에서의 대량 운동을 통합한다: 은하수 전용(질량 0.9 및 1.6 × 10¹² M⊙) 및 시간에 따라 변화하는 잠재에너지에 거대하고 들어오는 LMC를 포함한다.
• 난쟁이 은하 모델과 공간적, 광학적, 운동학적 일치성을 기반으로 한 확률적 소속 할당을 적용한다.
• 체계적 자기운동과 그 불확실성을 추정하기 위해 다차원 우도 함수를 적용한다.
• 가용한 스펙트로스코픽 데이터와 알려진 시스템 파rameters를 이용한 교차검증을 통해 결과를 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 가이아 초기 DR3를 사용하여 국지은하단 내 74개의 난쟁이 은하의 체계적 자기운동은 1.4 Mpc 이내에서 어떻게 결정되는가?
• RQ2 거대하고 들어오는 빅 마젤란 구름(LMC)을 중력잠재에너지에 포함시키면, 정적 은하수 전용 잠재에너지와 비교해 난쟁이 은하의 궤도 경로에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 어느 난쟁이 은하들이 LMC와 중력적으로 관련되어 있을 가능성이 있으며, 최근의 포획 또는 tidal 상호작용에 대한 증거는 무엇인가?
• RQ4 유도된 운동과 궤도 특성은 too-big-to-fail 문제의 해석에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 이 운동은 난쟁이 은하의 별 형성 역사와 tidal 분열에 어떤 함의를 지닌다?

주요 결과

• 체계적 자기운동은 73개의 난쟁이 은하에서 성공적으로 결정되었으며, 통계적 및 운동학적 일치성 기준으로 66개가 신뢰할 수 있다고 평가되었다.
• 이 연구는 500 kpc를 초월하는 난쟁이 은하에 대한 체계적 운동 결정을 처음으로 수행하였으며, 1.4 Mpc 거리에 위치한 NGC 3109 연합까지 확장되었다.
• 거대하고 들어오는 LMC를 중력잠재에너지에 포함시키면 궤도 해석에 상당한 변화가 발생하며, 특히 LMC의 경로 근처에 위치한 은하에 대해 두드러진 영향을 미친다.
• 6개의 은하가 LMC와 관련이 있을 가능성이 확인되었고, 3개는 가능성이 있는 관련 은하로 분류되었으며, 1개는 최근에 포획된 물체로 추정된다.
• 궤도 해석 결과는 LMC 유도 편향이 인근 난쟁이 은하의 운동학적 특성, 특히 궤도 이심률과 비대칭도에 핵심적인 역할을 한다고 시사한다.
• 결과는 LMC 유도 편향에 의해 유도되는 tidal 상호작용과 ram-pressure stripping이 일부 난쟁이 은하의 별 형성 억제를 설명할 수 있음을 지지한다.