[论文解读] The Exploration of Local VolumE Satellites (ELVES) Survey: A Nearly Volume-Limited Sample of Nearby Dwarf Satellite Systems

Scott G. Carlsten, Jenny E. Greene+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 245被引用 127

一句话总结

ELVES巡天项目呈现了一个近乎体积受限、完整性可量化的星系表，包含在12 Mpc内围绕30个银河系质量宿主的338个已确认的矮星系卫星，其数据基于深度、大视场的成像以及一致的测光和距离测量。该研究证明银河系在卫星数量上具有典型性，并揭示了卫星熄灭比例随卫星质量增加而急剧下降的规律。

ABSTRACT

We present the final results of the Exploration of Local VolumE Satellites (ELVES) Survey, a survey of the dwarf satellites of a nearly volume-limited sample of Milky Way (MW)-like hosts in the Local Volume. Hosts are selected simply via a cut in luminosity ($M_{K_s}<-22.1$ mag) and distance ($D<12$ Mpc). We have cataloged the satellites of 25 of the 31 such hosts, with another five taken from the literature. All hosts are surveyed out to at least 150 projected kpc ($\sim R_\mathrm{vir}/2$) with the majority surveyed to 300 kpc ($\sim R_\mathrm{vir}$). Satellites are detected using a consistent semi-automated algorithm specialized for low surface brightness dwarfs. As shown through extensive tests with injected galaxies, the catalogs are complete to $M_V\sim-9$ mag and $\mu_{0,V}\sim26.5$ mag arcsec$^{-2}$. Candidates are confirmed to be real satellites through distance measurements including redshift, tip of the red giant branch, and surface brightness fluctuations. Across all 30 surveyed hosts, there are 338 confirmed satellites with a further 105 candidates awaiting distance measurement. For the vast majority of these, we provide consistent multi-band S\'{e}rsic photometry. We show that satellite abundance correlates with host mass, with the MW being quite typical amongst comparable systems, and that satellite quenched fraction rises steeply with decreasing satellite mass, mirroring the quenched fraction for the MW and M31. The ELVES survey represents a massive increase in the statistics of surveyed systems with known completeness, and the provided catalogs are a unique dataset to explore various aspects of small-scale structure and dwarf galaxy evolution.

研究动机与目标

• 在局域宇宙中（D < 12 Mpc）创建一个统计上完整、体积受限的银河系质量宿主周围矮星系卫星系统的样本。
• 通过量化检测完整性并利用多方法距离测量确认卫星状态，克服以往巡天的局限性。
• 评估银河系的卫星系统在卫星数量和熄灭方面是否与典型银河系质量宿主具有代表性。
• 提供一致的多波段测光星表，用于研究小尺度结构和矮星系演化。
• 通过提供具有已知完整性极限的大规模、良好表征的观测数据集，实现与宇宙学模拟的直接比较。

提出的方法

• 通过绝对星等截断（MKs < −22.1 等）和距离限制（D < 12 Mpc）筛选出31个类银河系宿主，确保样本近乎体积受限。
• 在至少150 kpc（最远达300 kpc）范围内开展深度、大视场的成像巡天，以探测低面亮度矮星系。
• 应用一种针对低面亮度系统优化的半自动检测算法，并通过注入星系验证完整性。
• 通过大量模拟星系测试，实现对MV ∼ −9 等和µ0,V ∼ 26.5 mag arcsec⁻²的完整性。
• 利用多种独立的距离指示器（红移、红巨星分支顶端（TRGB）和表面亮度涨落）确认卫星状态。
• 为绝大多数已确认的卫星和候选体提供一致的多波段Sérsic测光数据。

实验结果

研究问题

• RQ1 在体积受限的类银河系宿主样本中，矮星系卫星数量如何随宿主质量变化？
• RQ2 与其它银河系质量宿主相比，银河系的卫星系统在卫星数量上是否具有代表性？
• RQ3 矮星系卫星的熄灭比例如何随卫星恒星质量变化？该趋势是否与银河系和M31中观测到的一致？
• RQ4 当前深度成像巡天在积分光下探测低面亮度矮星系的完整性极限是什么？
• RQ5 在银河系质量宿主的卫星系统中，动力学结构或相干亚结构的存在程度如何？

主要发现

• ELVES巡天在30个观测宿主中识别出338个已确认的矮星系卫星和105个候选体，完整性极限为MV ∼ −9 等和µ0,V ∼ 26.5 mag arcsec⁻²。
• 卫星数量与宿主恒星质量强相关，且银河系位于该关系的1σ散差范围内，表明其在银河系质量宿主中具有典型性。
• 卫星的熄灭比例随卫星恒星质量减小而急剧上升，与银河系和M31中观测到的趋势一致。
• 本研究提供了迄今为止最全面、一致且完整性可量化的银河系质量宿主周围矮星系卫星系统数据集。
• 深度成像、一致测光与多方法距离确认的结合，使得对卫星种群的稳健统计分析成为可能。
• 该数据集使与高分辨率宇宙学模拟的直接比较成为可能，为在小尺度上检验ΛCDM预测提供了关键基准。