[논문 리뷰] The Dark Energy Survey view of the Sagittarius stream: discovery of two faint stellar system candidates

E. Luque, A. Pieres외 64명|Americanae (AECID Library)|2016. 08. 13.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 2인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 다크 에너지 설문(Dark Energy Survey)의 첫 두 해 동안의 데이터를 사용하여 두 개의 희미한 항성계 후보, DES J0111−1341과 DES J0225+0304를 발견하였다. 이들은 태양으로부터 약 25 kpc 거리에 위치해 있으며, 오래된, 금속 빈도가 낮은 인구를 보이며, 사기리우스 흐름의 궤도 평면에 가까이 위치해 있고, 구조적 파ameters는 이 흐름과의 관련성을 시사한다. 이는 이 흐름과 연결된 잠재적인 초희미 항성계로는 최초의 발견이며, 스펙트럼적 후속 관측이 유사성과 운동학적 일관성을 확인할 경우, 초희미 위성은 위성의 첫 번째 확인된 사례가 될 것이다.

ABSTRACT

We report the discovery of two new candidate stellar systems in the constellation of Cetus using the data from the first two years of the Dark Energy Survey (DES). The objects, DES J0111-1341 and DES J0225+0304, are located at a heliocentric distance of ~ 25 kpc and appear to have old and metal-poor populations. Their distances to the Sagittarius orbital plane, ~ 1.73 kpc (DES J0111-1341) and ~ 0.50 kpc (DES J0225+0304), indicate that they are possibly associated with the Sagittarius dwarf stream. The half-light radius (r_h ~ 4.55 pc) and luminosity (M_V ~ +0.3) of DES J0111-1341 are consistent with it being an ultrafaint stellar cluster, while the half-light radius (r_h ~ 18.55 pc) and luminosity (M_V ~ -1.1) of DES J0225+0304 place it in an ambiguous region of size-luminosity space between stellar clusters and dwarf galaxies. Determinations of the characteristic parameters of the Sagittarius stream, metallicity spread (-2.18 < [Fe/H] < -0.95) and distance gradient (23 kpc < D_sun < 29 kpc), within the DES footprint in the Southern hemisphere, using the same DES data, also indicate a possible association between these systems. If these objects are confirmed through spectroscopic follow-up to be gravitationally bound systems and to share a Galactic trajectory with the Sagittarius stream, DES J0111-1341 and DES J0225+0304 would be the first ultrafaint stellar systems associated with the Sagittarius stream. Furthermore, DES J0225+0304 would also be the first confirmed case of an ultrafaint satellite of a satellite.

연구 동기 및 목표

• 다크 에너지 설문(Dark Energy Survey)의 깊은 광학적 이미징 데이터를 이용해 남쪽 천구 홀로에 새로운 희미한 항성계를 식별하는 것.
• 공간적, 광학적, 운동학적 기준을 바탕으로 신규로 발견된 시스템이 사기리우스 저작 흐름과 관련이 있는지 조사하는 것.
• 후보 시스템의 구조적 및 인구 파라미터를 결정하여 초희미 응집체 또는 소형은하로 분류하는 것.
• DES 영역 내 사기리우스 흐름의 금속성 분포와 거리 기울기를 평가하여 천체역학적 연관성을 뒷받침하는 것.

제안 방법

• 남부 하늘 영역에서 약 1000 deg²를 커버하는 다크 에너지 설문(Dark Energy Survey) Y2Q1 데이터 릴리스의 깊은 광학 이미징을 활용하였다.
• 사기리우스 궤도 및 천구 좌표계에서 밀도 지도와 헤스 다이어그램을 구성하여 항성 과밀도 및 부구조를 식별하였다.
• 후보 시스템의 반조절 반경, 절대 등급, 색-등급도 적합을 도출하기 위해 광학적 및 구조적 분석을 적용하였다.
• 후보 시스템의 특성과 비교하기 위해 청소된 헤스 다이어그램에서 사기리우스 흐름의 금속성 및 거리 기울기 측정치를 사용하였다.
• 흐름 주변의 On 및 Off 영역을 정의하여 배경 항성 밀도를 모델링하고 과밀도 탐지의 유의미성을 향상시켰다.
• 광학적 거리 추정치와 인구 합성 모델링을 활용하여 후보 시스템의 연령, 금속성, 거리를 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 DES 영역 내 사기리우스 저작 흐름과 관련된 이전에 발견되지 않은 희미한 항성계가 존재하는가?
• RQ2 후보 시스템의 구조적 및 광학적 성질이 초희미 항성 응집체 또는 소형은하의 성질과 일치하는가?
• RQ3 특히 흐름의 궤도 평면에 가까이 위치해 있음에도 불구하고, 후보 시스템과 사기리우스 흐름 사이에 운동학적 또는 공간적 증거가 존재하는가?
• RQ4 DES 관측 영역 내 사기리우스 흐름의 금속성 분포와 거리 기울기는 무엇이며, 알려진 부구조와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 크기-등급 특성이 모호한 상태임에도 불구하고, DES J0225+0304가 초희미 위성은 위성의 첫 번째 확인된 사례가 될 수 있는가?

주요 결과

• DES J0111−1341의 반조절 반경은 4.55 pc이며, 절대 V-대역 등급은 +0.3으로, 초희미 항성 응집체와 일치한다.
• DES J0225+0304의 반조절 반경은 18.55 pc이며, 절대 V-대역 등급은 -1.1로, 응집체와 소형은하 사이의 모호한 크기-등급 영역에 위치한다.
• 두 후보 모두 태양으로부터 약 25 kpc 거리에 위치해 있으며, DES J0111−1341은 26.5 kpc, DES J0225+0304는 23.8 kpc에 위치한다.
• 후보 시스템은 각각 사기리우스 흐름의 궤도 평면에서 1.73 kpc와 0.50 kpc 떨어져 있어, 태양계에 의해 유도된 관련성이 있을 가능성이 있다.
• DES 영역 내 사기리우스 흐름은 [Fe/H] ≈ -2.18에서 -0.95까지의 금속성 분포와 23에서 29 kpc까지의 거리 기울기를 보이며, 여러 개의 항성 인구를 나타낸다.
• 스펙트럼적 후속 관측으로 확인될 경우, DES J0111−1341는 사기리우스 흐름과 연결된 첫 번째 초희미 항성계가 되며, DES J0225+0304는 첫 번째 확인된 초희미 위성은 위성의 사례가 될 것이다.