[논문 리뷰] Globular Clusters in the Sagittarius stream. Revising members and candidates with Gaia DR2

M. Bellazzini, Rodrigo Ibata외 4명|arXiv (Cornell University)|2020. 03. 17.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 63인용 수 66

한 줄 요약

이 연구는 Gaia DR2 데이터를 사용하여 은하수 구형별개구조(GCs)가 사기리우스 tidal stream에 속해 있는지 재평가한다. 6차원 위상공간(위치 및 속도)에서 RR Lyrae 변수를 통해 stream을 추적하며, M54, Ter 8, Ter 7, Arp 2, Pal 12, Whiting 1은 stream의 확실한 구성원으로 확인된다. 또한 NGC 2419, NGC 5634, NGC 4147는 더 오래된 stream 감싸림과 관련된 강력한 후보로 밝혀지며, 모두 사기리우스 dSph 필드 성분의 별들과 화학적으로 일관성을 보인다.

ABSTRACT

We reconsider the case for the association of Galactic globular clusters (GCs) to the tidal stream of the Sagittarius dwarf spheroidal galaxy (Sgr dSph), using Gaia DR2 data. We use RR Lyrae to trace the stream in 6D and we select clusters matching the observed stream in position and velocity. In addition to the clusters residing in the main body of the galaxy (M 54, Ter 8, Ter 7, Arp 2) we confirm the membership of Pal 12 and Whiting 1 to the portion of the trailing arm populated by stars lost during recent perigalactic passages. NGC 2419, NGC 5634 and NGC 4147 are very interesting candidates, possibly associated to more ancient wraps of the stream. We note that all these clusters, with the exception of M 54, that lies within the stellar nucleus of the galaxy, are found in the trailing arm of the stream. The selected clusters are fully consistent with the [Fe/H] vs. [Mg/Fe], [Ca/Fe] patterns and the age-metallicity relation displayed by field stars in the main body of Sgr dSph.

연구 동기 및 목표

• 고정밀 Gaia DR2 천체측위 데이터를 활용해 은하수 구형별개구조(GCs)가 사기리우스(Sgr) tidal stream에 속해 있는지 재평가하는 것.
• 클러스터가 6차원 위상공간(3차원 위치 + 3차원 속도)에서 사기리우스 stream의 공간적 및 운동적 성질과 일치하는지 테스트하는 것.
• 최근의 붕괴 단계를 초월해 더 오래된, 더 고대의 감싸림과 관련된 클러스터 후보를 식별하고 평가하는 것.
• 사기리우스 dSph 중심 영역의 필드 성분과 후보 클러스터 간의 화학적 일관성, 특히 [Fe/H], [Mg/Fe], [Ca/Fe] 농도 패턴을 평가하는 것.

제안 방법

• Gaia DR2에서 추출한 RR Lyrae 변수를 사용해 사기리우스 stream을 추적하며, 고의미 검출을 위해 STREAMFINDER 알고리즘을 적용한다.
• 공간적 근접성과 6차원 위상공간(RA, Dec, 거리, pmra, pmdec, 적산속도)에서의 속도 일치 조건을 통해 클러스터를 stream에 매칭한다.
• 최근 stream 구성요소(Pcol ≤ 3)에 대해 특히 유용한 구조 및 궤도 역사를 참조로 하기 위해 Law & Majewski(2010)의 N-body 모델을 사용한다.
• Schlegel 등(1998)의 지도를 Schlafly & Finkbeiner(2011)에 의해 재보정한 것으로 이용해 흡수 보정을 수행하며, Gaia DR2의 강도 평균 magnitude를 사용한다.
• 후보 클러스터의 화학 농도([Fe/H], [Mg/Fe], [Ca/Fe])와 연령을 사기리우스 dSph 중심 영역의 필드 성분과 비교하여 일관성을 평가한다.
• 최근 문헌에서 확보한 고해상도 분광 데이터를 활용해 화학 농도와 연령을 결정하며, 서로 다른 연구 간의 체계적 오프셋에 주의를 기울인다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Gaia DR2의 RR Lyrae 추적자들과 6차원 위상공간에서의 정렬을 바탕으로, 어느 은하수 구형별개구조가 물리적으로 사기리우스 tidal stream에 속해 있는가?
• RQ2 NGC 2419, NGC 5634, NGC 4147와 같은 클러스터는 최근 붕괴 단계를 초월해 더 오래된, 더 고대의 감싸림과 관련되어 있을 수 있는가?
• RQ3 후보 클러스터의 화학 농도 패턴([Fe/H], [Mg/Fe], [Ca/Fe])은 사기리우스 dSph 중심 영역의 필드 성분과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 후보 클러스터의 연령과 금속성은 사기리우스 dSph 필드 성분에서 관측된 연령-금속성 관계와 일치하는가?
• RQ5 특히 저금속성 영역에서 클러스터의 화학 패턴은 필드 인구와 얼마나 일관되는가?

주요 결과

• M54, Ter 8, Ter 7, Arp 2는 사기리우스 dSph 중심 영역에 속해 있으며, Pal 12와 Whiting 1은 꼬리쪽 암흑지역에 위치해 있으며, Gaia DR2의 RR Lyrae 추적자들과의 6차원 위상공간 정렬을 통해 높은 신뢰도로 구성원으로 확인된다.
• NGC 2419, NGC 5634, NGC 4147는 공간적 및 운동적 일치를 바탕으로 더 오래되고 더 고대의 감싸림과 관련된 강력한 후보로 식별된다.
• 확인된 클러스터와 후보 클러스터 중 M54를 제외한 모든 클러스터는 stream의 꼬리쪽 암흑지역에 위치해 있어 공통된 천체역학적 기원을 시사한다.
• 선택된 클러스터들의 [Fe/H], [Mg/Fe], [Ca/Fe] 화학 농도 패턴은 사기리우스 dSph 중심 영역의 필드 성분과 완전히 일치하며, 공통 기원을 뒷받침한다.
• 클러스터의 연령-금속성 관계는 사기리우스 dSph 필드 성분과 일치하며, 특히 저금속성 영역에서 더욱 강력한 연관성을 강화한다.
• 표본 내에서 [Fe/H] < −2.0인 유일한 필드 성분은 Ter 8과 NGC 2419 사이에 위치해 있으며, [Mg/Fe]와 [Ca/Fe] 값이 유사하여 클러스터 인구와의 운동적 또는 화학적 연속성을 시사한다.