[논문 리뷰] Omega Centauri: Nucleus of a Milky Way Dwarf Spheroidal?

Steven R. Majewski, Richard J. Patterson외 5명|arXiv (Cornell University)|1999. 10. 14.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 5

한 줄 요약

논문은 오메가 설태우리의 비정상적인 금속성분포함수(MDF)와 강하게 반대 방향으로 도는 디스크 공면 궤도—기본적으로는 별성단과 다름없는 특성과는 다릅니다—에 기반해 오메가 설태우리는 파편화된 은하수 소형 구형은하의 잔여 핵으로서의 가능성을 제안합니다. 이 모델은 넓은 MDF(최빈값 [Fe/H] = -1.7이며 더 낮은 농도까지 연장됨)와 궤도 역학을 은하수 디스크에 의한 tidal stripping으로 설명하며, 두꺼운 디스크 형성에 대한 함의를 지닙니다.

ABSTRACT

We focus on two aspects of Omega Cen that are rather uncharacteristic of globular clusters: its metallicity distribution and its orbit. We use (1) a Washington (M-T_2,M)_o color-magnitude diagram containing 130,000 stars, (2) DDO51 photometry to separate out giants from field dwarfs, and (3) a mapping of (M-T_2,M-DDO51)_o colors to [Fe/H] to derive a metallicity distribution function (MDF) for Omega Cen. The MDF is corrected for field giant contamination by a radial velocity membership study of a subsample of stars spanning all abundances. As with previous studies, the MDF is very wide with a peak near [Fe/H]=-1.7 and extending to both higher and lower abundance, but with few stars having [Fe/H] >~ -1.2. The orbit of Omega Cen is strongly retrograde, has small apogalacticon and is almost coplanar with the Milky Way disk -- i.e., an orbit unlike any known for almost all Galactic globular clusters, and unique among clusters with its horizontal branch type and [Fe/H]. We propose that the MDF and orbit of Omega Cen, when considered in light of other unusual Omega Cen properties are consistent with a picture wherein this object is the remains (nucleus) of a once larger satellite dwarf galaxy that has been substantially reduced by tidal stripping. A model wherein Omega Cen faced considerable stripping by the Galactic disk can account for the cluster's current state. A present-day counterpart of this process may be the Sagittarius dSph system, for which the globular cluster M54 (which has a mass similar to Omega Cen) has been purported to be the nucleus. A larger proto-Omega Cen on a retrograde orbit plowing through the Milky Way disk may have aided thick disk formation both through the contribution of tidally stripped stars and through substantial thin disk heating.

연구 동기 및 목표

• 오메가 설태우가 전형적인 별성단과는 다른 성질을 보이는 이유—특히 넓은 금속성분포함수와 이례적인 궤도—를 조사하기 위해.
• 관측된 금속성분포함수와 궤도 특성이 표준 성단 형성 시나리오가 아닌 은하핵 기원에 의해 설명될 수 있는지 판단하기 위해.
• 은하수 디스크에 의한 tidal stripping이 오메가 설태우의 현재 구조와 운동학을 어떻게 형성했는지 평가하기 위해.
• 오메가 설태우와 은하수 두꺼운 디스크 형성 간의 잠재적 연결 고리를 탐색하기 위해.

제안 방법

• 오메가 설태우의 130,000개 성단에서 130,000개의 별을 사용해 고주기성 워싱턴(M-T₂, M)₀ 색도진단도를 구축함.
• DDO51 광도측정을 적용해 적색거대성단 별과 필드 주저항 별을 구분함.
• 색상(M-T₂, M-DDO51)₀을 [Fe/H]로 변환하여 금속성분포함수(MDF)를 유도함.
• 전체 금속성 범위에서 복합성단의 오염을 보정하기 위해 반경속도 멤버십 데이터를 사용함.
• 오메가 설태우의 궤도 파rameter를 분석함—특히 반대 방향 운동, 낮은 아포갈랙티콘, 은하수 디스크와의 공면성에 중점을 두었음.
• 기원이 되는 소형 구형은하에 대해 은하수 디스크에 의한 tidal stripping 효과를 모델링하고, 현재 오메가 설태우의 특성과 비교함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 오메가 설태우의 넓은 금속성분포함수는 표준 성단 형성보다는 은하핵 기원에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ2 왜 오메가 설태우는 다른 별성단과는 달리 반대 방향 궤도, 낮은 아포갈랙티콘, 디스크 공면성을 가지는가?
• RQ3 은하수 디스크에 의한 tidal stripping이 오메가 설태우의 현재 상태에 어느 정도 기여했는가?
• RQ4 오메가 설태우와 파편화된 소형 구형은하 간에 운동학적·화학적 일관성이 있는가?
• RQ5 이와 같은 기원 시스템의 tidal 잔해가 은하수 두꺼운 디스크 형성에 기여했을 수 있는가?

주요 결과

• 오메가 설태우의 금속성분포함수(MDF)는 매우 넓으며, 최빈값 [Fe/H] = -1.7이며, 더 높은 금속성과 낮은 금속성까지 연장되며, [Fe/H] ≈ -1.2 이상의 별은 거의 없음.
• 오메가 설태우의 궤도는 강하게 반대 방향이며, 아포갈랙티콘이 작고, 은하수 디스크와 거의 공면에 위치함—대부분의 은하수 별성단의 궤도와 다름.
• 넓은 MDF와 이례적인 궤도의 조합은 표준 별성단 형성과 부합하지 않지만, 파편화된 소형 구형은하의 잔여 핵이라는 것과 부합함.
• 은하수 디스크에 의한 tidal stripping이 기원 시스템의 원래 질량을 감소시켰을 가능성이 있으며, 이는 오메가 설태우의 현재 밀도 높고 질량 큰 상태를 설명함.
• 이 모델은 기원 시스템이 별과 디스크 가열을 통해 은하수 두꺼운 디스크 형성에 기여했을 수 있음을 시사함.
• 현재의 유사체로는 사기리우스 dSph가 있으며, 이곳의 별성단 M54은 유사하게 파편화된 시스템의 핵으로 제안됨.