[논문 리뷰] The Milky Way bar/bulge in proper motions: a 3D view from VIRAC & Gaia.

Jonathan P. Clarke, Christopher Wegg외 4명|arXiv (Cornell University)|2019. 03. 05.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 2인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 VIRAC 및 Gaia 측량에서 유도된 절대 운동량을 이용해 은하수 은하의 납작한 빛줄기의 3차원 운동학적 시각을 제시한다. 빨간 클러스터 별들을 거리 지표로 사용하여, 바의 전반에 걸친 속도 기울기를 분석하고, 양쪽면에서의 별개의 운동량을 통해 X형 구조를 확인하며, 관측된 운동학적 특징을 높은 정밀도로 재현하는 37.5 km s⁻¹ kpc⁻¹의 패턴 속도를 가진 납작한 역학 모델을 검증한다.

ABSTRACT

We have derived absolute proper motions of the entire Galactic bulge region from VIRAC and Gaia. We present these as both integrated on-sky maps and, after isolating standard candle red clump (RC) stars, as a function of distance using RC magnitude as a proxy. These data provide a new global, 3-dimensional view of the Milky Way barred bulge kinematics. We find a gradient in the mean longitudinal proper motion, $<\mu_l^\star>$, between the different sides of the bar, which is sensitive to the bar pattern speed. The split RC has distinct proper motions and is colder than other stars at similar distance. The proper motion correlation map has a quadrupole pattern in all magnitude slices showing no evidence for a separate, more axisymmetric inner bulge component. The line-of-sight integrated kinematic maps show a high central velocity dispersion surrounded by a more asymmetric dispersion profile. $\sigma_{\mu_l} / \sigma_{\mu_b}$ is smallest, $\sim1.1$, near the minor axis and reaches $\sim1.4$ near the disc plane. The integrated $<\mu_b>$ pattern signals a superposition of bar rotation and internal streaming motion, with the near part shrinking in latitude and the far part expanding. To understand and interpret these remarkable data, we compare to a made-to-measure barred dynamical model, folding in the VIRAC selection function to construct mock maps. We find that our model of the barred bulge, with a pattern speed of 37.5 $\mathrm{km \, s^{-1} \, kpc^{-1}}$, is able to reproduce all observed features impressively well. Dynamical models like this will be key to unlocking the full potential of these data.

연구 동기 및 목표

• VIRAC 및 Gaia 데이터를 조합하여 은하수 빛줄기 전역에서 절대 운동량을 유도하기 위해.
• 빨간 클러스터 별들을 거리 대체 지표로 사용하여 납작한 빛줄기의 3차원 운동학을 매핑하기 위해.
• 분리된 빨간 클러스터 특징이 삼축 X형 구조의 결과인지, 인구 효과의 결과인지 테스트하기 위해.
• 관측된 운동량 패턴과 비교하여 제작-측정(제작-측정) 납작한 역학 모델을 검증하기 위해.
• 운동학 기울기를 사용하여 바의 패턴 속도와 내부 유동 운동을 제약하기 위해.

제안 방법

• Gaia DR2의 절대 운동량과 VIRAC 측량 데이터를 융합하여 은하수 빛줄기의 고정밀 3차원 운동학 지도를 제작한다.
• 빨간 클러스터 별의 Ks 등급을 거리 지표로 사용하여 데이터를 반경 방향 밴드로 분할하고, 거리에 따른 운동학을 연구한다.
• P17의 기존 납작한 역학 모델에 VIRAC 선택 함수를 통합하여 가짜 운동량 지도를 구축한다.
• 각 천체배경 영역과 등급 슬라이스에서 운동량 분산(σµ⋆ₗ, σµb)과 그 비율 σµ⋆ₗ/σµb를 분석한다.
• 특히 <µ⋆ₗ>, <µb>, 상관 지도를 관측된 운동량 패턴과 제작-측정 모델의 예측과 비교한다.
• 제작-측정(M2M) 방법을 사용하여 모델을 정밀 조정하고 패턴 속도 및 질량 분포에 대한 제약을 강화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하수 빛줄기의 분리된 빨간 클러스터는 삼축 X형 구조의 결과인지, 인구 효과의 결과인지?
• RQ2 운동량 기울기에서 유추된 은하수의 바의 패턴 속도는 얼마인가?
• RQ3 유동 운동과 바의 회전은 관측된 운동량 패턴이 빛줄기에서 어떻게 형성되는가?
• RQ4 단일 납작한 역학 모델이 분산 이방성과 4중극 패턴을 포함한 관측된 전반적인 운동량 지도의 복잡성을 재현할 수 있는가?
• RQ5 VIRAC와 Gaia의 절대 운동량을 사용하여 바의 질량과 운동학에 어떤 제약을 둘 수 있는가?

주요 결과

• 평균 종방향 운동량 <µ⋆ₗ>은 바 전역에서 명확한 기울기를 보이며, 가까운 쪽과 먼 쪽 사이에 약 1 mas yr⁻¹의 차이를 보이며, X형 바 모델을 직접적으로 지지한다.
• 분리된 빨간 클러스터 별들은 별개의 운동량을 보이며, 유사한 거리에 있는 다른 별들보다 더 차가워서, 삼축 구조로서 운동학적으로 일관된 구조임을 나타낸다.
• 운동량 상관 지도에서는 모든 등급 슬라이스에서 4중극 패턴을 보이며, 별도의 축대칭 고전 빛줄기 성분의 증거는 없다.
• σµ⋆ₗ/σµb 비율은 근위축 축 근처에서 가장 작아서 약 1.1이며, 은하면 근처로 갈수록 약 1.4로 증가하여 바에 따라 정렬된 이방성 속도 분산을 나타낸다.
• <µb> 패턴은 바의 회전과 내부 유동 운동의 초월을 보이며, 가까운 쪽은 위성으로 수축하고 먼 쪽은 팽창하는 경향을 보인다.
• 패턴 속도가 37.5 km s⁻¹ kpc⁻¹인 납작한 역학 모델은 분산 기울기와 운동량 패턴을 포함한 모든 관측된 운동학적 특징을 성공적으로 재현하며, 추가 성분이 필요로 하지 않는다.