[논문 리뷰] Proper Motions, Orbits, and Tidal Influences of Milky Way Dwarf Spheroidal Galaxies

Andrew B. Pace, Denis Erkal외 1명|arXiv (Cornell University)|2022. 05. 11.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 가시은하의 52개의 난방형은하에 대해 가우아 EDR3 천문측정 및 광도측정을 이용하여 체계적 운동을 측정하고, 고립된 은하수 및 은하수+대마젤란운성의 중력장에서 궤도를 모델링한다. 6개의 난방형은하는 대마젤란운성의 위성로 간주되며, 40%는 대마젤란운성의 영향으로 인해 궤도가 크게 변화한다. 밀도 대비 비교를 통해 안티아르스 II, 부오 III, 크라 II, 군드라 II, 투쿠 III는 tidal disruption가 예측된다.

ABSTRACT

We combine Gaia EDR3 astrometry with accurate photometry and utilize a probabilistic mixture model to measure the systemic proper motion of 52 dwarf spheroidal (dSph) satellite galaxies of the Milky Way (MW). For the 46 dSphs with literature line-of-sight velocities we compute orbits in both a MW and a combined MW + Large Magellanic Cloud (LMC) potential and identify Car II, Car III, Hor I, Hyi I, Phx II, and Ret II as likely LMC satellites. 40% of our dSph sample has a >25% change in pericenter and/or apocenter with the MW + LMC potential. For these orbits, we Monte Carlo sample over the observational uncertainties for each dSph and the uncertainties in the MW and LMC potentials. We predict that Ant II, Boo III, Cra II, Gru II, and Tuc III should be be tidally disrupting by comparing each dSph's average density relative to the MW density at its pericenter. dSphs with large ellipticity (CVn I, Her, Tuc V, UMa I, UMa II, UMi, Wil 1) show a preference for their orbital direction to align with their major axis even for dSphs with large pericenters. We compare the dSph radial orbital phase to subhalos in MW-like N-body simulations and infer that there is not an excess of satellites near their pericenter. With projections of future Gaia data releases, we find dSph orbital precision will be limited by uncertainties in the distance and/or MW potential rather than proper motion precision. Finally, we provide our membership catalogs to enable community follow-up.

연구 동기 및 목표

• 가우아 EDR3 천문측정 및 광도측정 데이터를 이용해 은하수 52개의 난방형은하의 체계적 운동을 측정한다.
• 고립된 은하수 및 은하수+대마젤란운성(LMC) 중력장에서 이러한 난방형은하의 궤도 해법을 계산한다.
• 대마젤란운성의 중력 영향이 난방형은하 궤도 매개변수, 특히 근점 및 원점 거리 변화에 미치는 영향을 평가한다.
• 각 난방형은하의 평균 밀도를 은하수의 타이드 밀도와 비교하여 타이드 분열 가능성이 높은 천체를 식별한다.
• 향후 가우아 데이터 릴리스를 바탕으로 궤도 정밀도의 한계를 예측하고, 주요 오차 원인을 규명한다.

제안 방법

• 52개의 난방형은하에 대해 가우아 EDR3 천문측정 및 광도측정 데이터를 이용해 체계적 운동과 구성원 확률을 결정하기 위해 확률적 혼합 모델을 적용한다.
• 문헌에서 확보한 선속도 데이터를 가우아의 운동량과 결합하여 46개의 난방형은하에 대해 6차원 위상공간 해법을 계산한다.
• 난방형은하 천문측정, 적색편이 속도, 은하수/대마젤란운성의 중력장 매개변수의 불확실성을 전파하기 위해 몬테카를로 샘플링을 사용한다.
• 은하수 고립 모델과 은하수+대마젤란운성 모델에서 궤도를 계산하여 대마젤란운성의 영향이 난방형은하 역학에 미치는 영향을 정량화한다.
• 각 난방형은하의 평균 항성 밀도를 그 궤도 근점에서 은하수의 타이드 밀도와 비교하여 타이드 분열 가능성을 평가한다.
• 오차 예산을 시뮬레이션하여 향후 궤도 정밀도를 예측하고, 거리 및 은하수 중력장의 불확실성이 주요 제한 요소임을 규명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 선속도와 운동량 일관성이 대마젤란운성과 일치하는 기준으로, 은하수의 난방형은하는 어느 것들이 대마젤란운성의 위성일 가능성이 있는가?
• RQ2 모델링에 대마젤란운성의 중력장이 포함될 경우 난방형은하의 궤도는 얼마나 변화하는가?
• RQ3 밀도 및 타이드장 비교 기반으로 어떤 난방형은하가 타이드 분열될 것으로 예측되는가?
• RQ4 특히 큰 근점 거리를 가진 난방형은하의 주축과 궤도 방향 사이에 유의미한 정렬이 있는가?
• RQ5 향후 가우아 데이터 릴리스에서 난방형은하 궤도 측정 정밀도는 무엇에 의해 제한되는가—운동량 오차인지, 거리 및 은하수 중력장의 불확실성인지?

주요 결과

• Car II, Car III, Hor I, Hyi I, Phx II, Ret II는 대마젤란운성과 일치하는 운동학적 특성을 보여, 대마젤란운성의 위성로 간주된다.
• 모델링에 대마젤란운성의 중력장이 포함될 경우 샘플의 40%가 근점 및/또는 원점 거리에서 25% 이상의 변화를 겪는다.
• Ant II, Boo III, Cra II, Gru II, Tuc III는 근점에서 은하수의 타이드 밀도보다 평균 항성 밀도가 낮아 타이드 분열이 예측된다.
• 타원도가 높은 난방형은하(예: CVn I, Her, Tuc V, UMa I, UMa II, Umi, Wil 1)는 큰 근점 거리에서도 궤도 방향이 주축과 정렬되는 경향을 보인다.
• 은하수 유사 N-body 시뮬레이션과 비교했을 때 근점 근처에 난방형은하의 과잉이 관측되지 않아 이전의 주장과 정면으로 배치된다.
• 향후 궤도 정밀도는 운동량 측정 오차가 아니라 거리 및 은하수 중력장의 불확실성에 의해 주로 제한될 것으로 향후 가우아 데이터 릴리스 예측에서 밝혀졌다.