[论文解读] Gaia early DR3 systemic motions of Local Group dwarf galaxies and orbital properties with a massive Large Magellanic Cloud

G. Battaglia, Salvatore Taibi+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 9

一句话总结

本研究利用盖亚早期DR3数据，首次系统性地确定了本星系群中73个矮星系的系统性自行运动，采用了一种灵活的贝叶斯方法，综合考虑了空间分布、颜色-星等图位置及自行数据。在引力势中包含一个大质量、正在落入的大麦哲伦云（LMC）显著改变了轨道解算结果，识别出6个星系可能与LMC相关联，并揭示了潮汐相互作用及‘大到无法失败’问题的新见解。

ABSTRACT

We perform a comprehensive determination of the systemic proper motions of 74 dwarf galaxies and dwarf galaxy candidates in the Local Group based on Gaia early data release 3. The outputs of the analysis for each galaxy, including probabilities of membership, will be made publicly available. The analysis is augmented by a determination of the orbital properties of galaxies within 500 kpc. We adopt the flexible Bayesian methodology presented by McConnachie \& Venn (2020), which takes into account the location of the stars on the sky, on the colour-magnitude diagram and on the proper motion plane. We apply some modifications, in particular to the way the colour-magnitude diagram and spectroscopic information are factored in, e.g. by including stars in several evolution phases. The bulk motions are integrated in three gravitational potentials: two where the Milky Way is treated in isolation and has a mass 0.9 \& 1.6 $ imes 10^{12}$M$_{\odot}$ and the time-varying potential by Vasiliev et al. (2021), which includes the infall of a massive Large Magellanic Cloud (LMC). We are able to determine bulk proper motions for 73 systems, and we consider reliable 66 of these measurements. For the first time, systemic motions are presented for galaxies out to a distance of 1.4 Mpc, in the NGC~3109 association. The inclusion of the infall of a massive LMC significantly modifies the orbital trajectories of the objects, with respect to orbit integration in static Milky Way-only potentials, and leads to 6 galaxies being likely associated to the LMC, 3 possibly associated and 1 recently captured object. We discuss the results of the orbit integration in the context of the relation of the galaxies to the system of Milky Way satellites, implications for the too-big-to-fail problem, impact on star formation histories, and tidal disruption.

研究动机与目标

• 利用盖亚早期DR3的天体测量数据，精确测定本星系群中74个矮星系及其候选体的系统性自行运动。
• 研究大质量、正在落入的大麦哲伦云对本星系群矮星系轨道演化的影响。
• 通过整合多种天体测量与测光约束，评估自行测量的可靠性。
• 探讨这些结果对‘大到无法失败’问题、恒星形成历史及矮星系潮汐破坏的影响。
• 为未来动力学建模提供公开可获取的、基于概率的成员关系与运动估计。

提出的方法

• 采用灵活的贝叶斯框架，联合建模恒星的空间分布、颜色-星等图位置及自行运动。
• 纳入多个演化阶段的恒星，并通过使用前景/背景恒星的经验分布改进污染建模。
• 整合三种引力势中的整体运动：仅银河系（质量分别为0.9和1.6 × 10¹² M⊙）的势，以及包含大质量、正在落入的LMC的时变势。
• 基于空间、测光与动力学一致性，采用基于概率的成员关系分配方法。
• 应用多维似然函数以估计系统性自行运动及其不确定性。
• 通过与光谱数据及已知系统参数的交叉验证来检验结果的可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于盖亚早期DR3数据，74个本星系群矮星系在140万秒差距范围内的系统性自行运动是什么？
• RQ2 与静态银河系-only势相比，将大质量、正在落入的大麦哲伦云纳入引力势后，如何改变矮星系的轨道轨迹？
• RQ3 哪些矮星系可能与LMC存在引力关联？近期捕获或潮汐相互作用的证据是什么？
• RQ4 所推导出的运动与轨道特性如何影响对‘大到无法失败’问题的解释？
• RQ5 这些运动对矮星系的恒星形成历史与潮汐破坏有何影响？

主要发现

• 成功确定了73个矮星系的系统性自行运动，其中66个基于统计与动力学一致性被认定为可靠。
• 这是首次对超过500千秒差距的矮星系系统性运动进行测定，延伸至140万秒差距处的NGC 3109星协。
• 在引力势中引入大质量、正在落入的LMC显著改变了轨道解算结果，尤其对LMC路径附近的星系影响显著。
• 识别出6个星系可能与LMC相关联，3个可能相关，1个为近期捕获的天体。
• 轨道解算表明，LMC引起的扰动在塑造邻近矮星系的动力学中起关键作用，影响其轨道偏心率与各向异性。
• 结果支持如下观点：由LMC下落引发的潮汐相互作用与冲压阻力剥离，可能解释了部分矮星系中恒星形成的抑制。