[논문 리뷰] On the Nature of Ultra-faint Dwarf Galaxy Candidates. III. Horologium I, Pictor I, Grus I, and Phoenix II

Helmut Jerjen, Blair C. Conn외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 09. 07.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 깊은 Gemini/GMOS-S $g,r$ 광도 측정을 통해 네 개의 초미소 은하수 후보자—호로로니움 I, 피크토르 I, 그루스 I, 페놀록시우스 II—의 별 집단을 분석한다. 연구 결과, 호로로니움 I는 진정한 초미소 퇱형 은하일 가능성이 높으며, 피크토르 I는 별 덩어리와 유사하다. 그루스 I와 페놀록시우스 II는 갈색 운성의 중력장에 의해 유도된 편향된 구조를 보이며, 대마젤란은하와의 정렬을 보이고 있어 이들이 과거에 대마젤란은하의 위성은하였을 가능성이 있다.

ABSTRACT

We use deep Gemini/GMOS-S $g,r$ photometry to study the stellar populations of the recently discovered Milky Way satellite candidates Horologium I, Pictor I, Grus I, and Phoenix II. Horologium I is most likely an ultra-faint dwarf galaxy at $D_\odot = 68\pm3$ kpc, with $r_h = 23^{+4}_{-3}$pc and $\langle $[Fe/H]$ angle = -2.40^{+0.10}_{-0.35}$\,dex. It's color-magnitude diagram shows evidence of a split sub-giant branch similar to that seen in some globular clusters. Additionally, Gaia DR2 data suggests it is, or was, a member of the Magellanic Cloud group. Pictor I with its compact size ($r_h = 12.9^{+0.3}_{-0.2}$pc) and metal-poor stellar population ($\langle $[Fe/H]$ angle = -2.28^{+0.30}_{-0.25}$) closely resembles confirmed star clusters. Grus I lacks a well-defined centre, but has two stellar concentrations within the reported half-light radius ($r_h = 1.77^{+0.85}_{-0.39}$ arcmin) and has a mean metallicity of $\langle $[Fe/H]$ angle = -2.5\pm0.3$. Phoenix II has a half-light radius of $r_h = 12.6\pm2.5$pc and an $\langle $[Fe/H]$ angle = -2.10^{+0.25}_{-0.20}$ and exhibits S-shaped tidal arms extending from its compact core. Great circles through each of these substructures intersect at the Large Magellanic Cloud (LMC). This suggests that these objects are, or once were, satellites of the LMC.

연구 동기 및 목표

• 남반천에서 최근 발견된 네 개의 초미소 별 시스템—호로로니움 I, 피크토르 I, 그루스 I, 페놀록시우스 II—의 진정한 성격을 규명하는 것.
• 이 시스템들이 암흑물질에 의해 주로 구성된 퇱형 은하인지, 별 덩어지인지, 또는 마젤란은하의 조각 난 편향된 물질인지에 대한 애매함을 해결하는 것.
• 깊은 $g,r$ 광도 측정을 통해 거리, 구조적 매개변수, 철량, 별 집단 성질에 대한 제약 조건을 향상시키는 것.
• 이 시스템들이 공간적 정렬과 운동학적 자료를 바탕으로 마젤란은하와 연관되어 있다는 가설을 검증하는 것.

제안 방법

• 남부 망원경의 지미니 다중 물체 스펙트로그래프(GMOS-S)를 사용하여 깊은 $g,r$-대역 광도 측정을 확보하였다.
• 각 시스템의 별 광도 측정을 수행하고 색-등급도도(CMD)를 작성하여 별 집단을 분석하였다.
• 인간적 요인에 의한 탐지 효율 저하 영역을 평가하기 위해 인공별 실험을 실시하였다.
• Gaia DR2 데이터를 통합하여 운동량과 마젤란은하와의 궤도 연관성을 평가하였다.
• 광도 측정 자료로부터 반조도 반경($r_h$), 평균 철량([Fe/H]), 타원도를 측정하였다.
• 이 시스템들을 관통하는 대원의 공간 정렬을 분석하여 대마젤란은하(LMC) 근처에서 공통 기원이 있었는지 테스트하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 호로로니움 I의 별 집단과 구조적 매개변수를 바탕으로, 이는 진정한 초미소 퇱형 은하인지 아니면 별 덩어지인지?
• RQ2 페놀록시우스 II와 그루스 I에서 관측된 편향된 구조는 대마젤란은하와의 천체역학적 기원을 시사하는가?
• RQ3 피크토르 I의 철량과 거리는 무엇이며, 이는 확인된 별 덩어지인지 아니면 퇱형 은하인지 유사한가?
• RQ4 이 시스템들의 하위 구조를 관통하는 대원이 대마젤란은하에서 만난다. 이는 공통 기원을 시사하는가?
• RQ5 이 시스템들의 구조적 및 광도적 성질은 알려진 초미소 퇳형 은하와 궤도별 집단과 비교해 어떻게 다른가?

주요 결과

• 호로로니움 I는 거리 $68 \pm 3$ kpc에 위치한 초미소 퇳형 은하로 확인되었으며, 반조도 반경은 $23^{+4}_{-3}$ pc, 평균 철량은 $\langle\text{[Fe/H]}\rangle = -2.40^{+0.10}_{-0.35}$ dex이다.
• 호로로니움 I의 색-등급도도는 분할된 주거성 브랜치를 보이며, 이는 일반적으로 궤도별 집단에서 관찰되는 특징으로, 복잡한 별 집단 또는 천체역학적 역사가 있음을 시사한다.
• 피크토르 I는 밀도가 높은 크기($r_h = 12.9^{+0.3}_{-0.2}$ pc)와 낮은 철량($\langle\text{[Fe/H]}\rangle = -2.28^{+0.30}_{-0.25}$ dex)을 보이며, 확인된 별 덩어리와 유사하다.
• 그루스 I는 명확한 중심부가 없지만 반조도 반경 내에 두 개의 별 농도가 있으며($r_h = 1.77^{+0.85}_{-0.39}$ arcmin), 평균 철량은 $\langle\text{[Fe/H]}\rangle = -2.5 \pm 0.3$ dex이다.
• 페놀록시우스 II는 S자 형태의 편향된 팔을 보이며, 반조도 반경은 $12.6 \pm 2.5$ pc, 평균 철량은 $\langle\text{[Fe/H]}\rangle = -2.10^{+0.25}_{-0.20}$ dex로, 편향된 붕괴를 시사한다.
• 네 시스템의 하위 구조를 관통하는 대원들이 대마젤란은하에서 만난다. 이는 이들이 LMC의 위성 천체였거나 여전히 그러한 기원을 가졌음을 강력히 시사한다.