[논문 리뷰] The ultra-diffuse galaxy NGC 1052-DF2 with MUSE: I. Kinematics of the stellar body

Éric Emsellem, R. F. J. van der Burg외 15명|arXiv (Cornell University)|2018. 12. 18.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 83인용 수 41

한 줄 요약

이 논문은 MUSE를 사용하여 DF2의 항성체에 대한 첫 번째 분광 분석을 제시하며, 시스템 속도, 약한 단일 방향성 회전 유사성, 그리고 질량/암물질 함량에 시사하는 낮은 항성 속도 분산을 도출한다.

ABSTRACT

The so-called ultra-diffuse galaxy NGC~1052-DF2 was announced to be a galaxy lacking dark matter based on a spectroscopic study of its constituent globular clusters. Here we present the first spectroscopic analysis of the stellar body of this galaxy using the MUSE integral-field spectrograph at the (ESO) Very Large Telescope. The MUSE datacube simultaneously provides DF2's stellar velocity field and systemic velocities for seven globular clusters (GCs). We further discovered three planetary nebulae (PNe) that are likely part of this galaxy. While five of the clusters had velocities measured in the literature, we were able to confirm the membership of two more candidates through precise radial velocity measurements, which increases the measured specific frequency of GCs in DF2. The mean velocity of the diffuse stellar body, 1792.9$^{-1.8}_{+1.4}$~\kms, is consistent with the mean globular cluster velocity. We detect a weak but significant velocity gradient within the stellar body, with a kinematic axis close to the photometric major-axis, making it a prolate-like rotator. We estimate a velocity dispersion from the clusters and PNe of $σ_{\mathrm{int}}=10.6^{+3.9}_{-2.3}$~\kms. The velocity dispersion $σ_{ m{DF2}\star}$( e) for the stellar body within one effective radius is $10.8^{-4.0}_{+3.2}$~\kms. Considering various sources of systemic uncertainties this central value varies between 5 and 13~\kms, and we conservatively report a 95\% confidence upper limit to the dispersion within one e\ of 21~\kms. We provide updated mass estimates based on these dispersions corresponding to the different distances to NGC~1052-DF2 that have been reported in the recent literature.

연구 동기 및 목표

• DF2 암물질 논쟁에 대한 동기 부여와 항성체 키네마틱스를 특성화할 필요성.
• MUSE 데이터로 DF2의 시스템 속도와 속도장을 견고하게 측정한다.
• 항성체 체계의 속도 분산과 이들과 관련된 불연속 추적체들(구상성군과 행성상 신경체)을 특성화한다.
• 회전/키네마틱 구조를 평가하고 GC/PN의 운동학과 비교하여 동역학적 질량 함의를 도출한다.
• 문헌에서 논의된 서로 다른 거리 가정 하에서 DF2의 질량 추정치를 업데이트한다.

제안 방법

• VLT/MUSE를 통해 약 5.1 시간의 대상 관측 시간으로 DF2의 적분장기 스펙트로스코피를 얻는다.
• MUSE esorex 파이프라인으로 데이터를 축소하고 하늘 선을 이용해 파장을 보정하며 2 km/s 균일성 확보; Zurich Atmosphere Purge (ZAP)로 하늘 차감을 수행한다.
• PSF-일치 구간과 가우시안 가중치를 이용하여 DF2, GC, PNe의 스펙트럼을 추출하고 전역 스펙트럼과 Voronoi-구획 맵을 구성한다.
• 템플릿을 맞추고 속도와 분산을 도출하기 위해 두 개의 항성 라이브러리(eMiles 및 Pegase-HR)를 사용한 pPXF로 운동학을 측정하고 불확실성에 대해 부트스트랩 재현을 수행한다.
• 파장 의존적 스펙트럴 해상도(LSF)를 고려하고 템플릿 선택, 스펙트럴 범위 및 배경 처리에 대한 강건성을 테스트한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 DF2 항성체의 시스템 속도가 GC 시스템과 일치하는가?
• RQ2 DF2의 항성체의 속도장과 회전 신호는 어떤가? 편평하거나 유사 회전으로 보이는가?
• RQ3 한 효과 반경 내 DF2의 속도 분산은 어떻게 되며 서로 다른 템플릿과 스펙트럴 영역 사용할 때 비교하면 어떻나?
• RQ4 관련 GC의 속도와 발견된 PN의 속도가 galaxy의 시스템 속도 및 동역학적 추세와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 측정된 운동학이 서로 다른 거리 가정하에서 DF2의 동역학적 질량 및 암물질 함량에 어떤 함의를 주는가?

주요 결과

• 항성체의 시스템 속도는 1792.9 km/s이고 불확실성은 -1.8/+1.4 (統계) 및 -1.3/+0.2 (시스템적)이다.
• 광학적 주요 축 근처의 운동학 축을 가진 약하지만 유의미한 속도 구배가 존재하며, prolate-like 회전을 시사한다.
• GC와 PNe에서 추정된 속도 분산은 σ_int = 10.6^{+3.9}_{-2.3} km/s이다.
• 한 효과 반경 내에서 항성체의 분산은 σ_DF2★(R_e) = 10.8^{+3.2}_{-4.0} km/s이며 시스템적 요인을 고려할 때 95% 상한은 21 km/s이다.
• 분산은 0.5–1.5 R_e 구간에서도 일치하며, 템플릿과 스펙트럴 영역에 따라 일반적으로 약 9–11 km/s의 값이 나타난다.
• DF2에 대한 거리(13 대 20 Mpc) 가정에 따라 측정된 분산에 비추어 업데이트된 질량 추정치를 제공한다.