[論文レビュー] The Milky Way bar/bulge in proper motions: a 3D view from VIRAC & Gaia.

Jonathan P. Clarke, Christopher Wegg+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 5, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、VIRACおよびGaia調査の絶対的自己運動を用いて、銀河の棒状バルジの3次元運動学的視点を提示する。赤クラウド星を距離の指標として用いることで、棒の across に速度勾配が存在することが明らかになり、両側での特徴的な自己運動によりX字型構造が確認され、37.5 km s⁻¹ kpc⁻¹ のパターン速度を持つ棒状動的モデルが、観測されたすべての運動学的特徴を高い正確性で再現することを検証した。

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.

研究の動機と目的

• VIRACとGaiaのデータを統合して、銀河バルジ全域の絶対的自己運動を導出すること。
• 赤クラウド星を距離の代理指標として用いて、棒状バルジの3次元運動学をマッピングすること。
• 赤クラウド星の分裂が、三軸的X字型構造によるものか、あるいは集団効果によるものかを検証すること。
• 観測された自己運動パターンと照らし合わせて、作成したM2M（マッチド・トゥ・メジャー）棒状動的モデルを検証すること。
• 運動学的勾配を用いて、棒のパターン速度および内部のストリーミング運動を制約すること。

提案手法

• Gaia DR2の絶対的自己運動とVIRAC調査データを統合し、銀河バルジの高精度な3次元運動学的マップを生成する。
• 赤クラウド星のKs等級を距離の代理指標として用い、データを距離のスライスに分け、距離関数の運動学的特徴を調べる。
• P17の既存の棒状動的モデルにVIRACの選択関数を組み込み、模擬的自己運動マップを構築する。
• 異なる天の上領域および等級スライスで、自己運動分散（σµ⋆ₗ, σµb）およびその比 σµ⋆ₗ/σµb を分析する。
• 観測された自己運動パターン（特に <µ⋆ₗ>, <µb>, および相関マップ）を、動的モデルの予測と照らし合わせる。
• M2M（マッチド・トゥ・メジャー）法を用いてモデルを精緻化し、パターン速度および質量分布の制約を強化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河バルジにおける赤クラウド星の分裂は、三軸的X字型構造に起因するのか、それとも集団効果に起因するのか？
• RQ2 自己運動勾配から推定される、銀の棒のパターン速度は何か？
• RQ3 ストリーミング運動および棒の回転は、バルジにおける観測された自己運動パターンにどのように寄与しているか？
• RQ4 1つの棒状動的モデルが、分散の非等方性および四重極構造を含む、観測された自己運動マップのすべての複雑さを再現できるか？
• RQ5 VIRACおよびGaiaの絶対的自己運動を用いて、棒の質量および運動学にどのような制約を課すことができるか？

主な発見

• 平均的経向自己運動 <µ⋆ₗ> は、棒の across に明確な勾配を示し、近傍と遠方の側で約1 mas yr⁻¹ の差が認められ、X字型棒モデルを直接支持する。
• 分裂した赤クラウド星は、特徴的な自己運動を示し、同距離の他の星よりも冷たく、三軸的で運動学的に一貫した構造であることを示している。
• 自己運動相関マップは、すべての等級スライスで四重極パターンを示し、別個の軸対称的古典的バルジ成分の証拠は見当たらない。
• σµ⋆ₗ/σµb の比は、短軸付近で最小（約1.1）となり、銀河平面に近づくと1.4に増加し、棒に沿った非等方的速度分散を示している。
• <µb> のパターンは、棒の回転と内部ストリーミングの重ね合わせであり、近傍側は緯度方向に収縮し、遠方側は拡張している。
• パターン速度が37.5 km s⁻¹ kpc⁻¹ の棒状動的モデルは、分散勾配や自己運動パターンを含め、観測されたすべての運動学的特徴を正確に再現でき、追加の成分を必要としない。