[論文レビュー] The origin of the Galaxy's system of globular clusters

D. Massari, Helmer H. Koppelman+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 19, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、ガウスの運動学的データと補正済みの大規模な年齢サンプルを用いて、銀河の合体歴と銀河の球状星団を関連付ける。40%が現地で形成され、35%が既知の合体に起因する——特にガイア・エンセルラダス（19%）、さそり座（5%）、ヘルミープロジェネーター（6%）、シエウオイア（5%）——残りは多様な起源を示し、年齢と金属量の関係がきわめて明確で、関連性を裏付けている。

ABSTRACT

$Context$. The assembly history experienced by the Milky Way is currently being unveiled thanks to the data provided by the $Gaia$ mission. It is likely that the globular cluster system of our Galaxy has followed a similarly intricate formation path. $Aims$. To constrain this formation path, we explore the link between the globular clusters and the known merging events that the Milky Way has experienced. $Methods$. To this end, we combined the kinematic information provided by $Gaia$ for almost all Galactic clusters, with the largest sample of cluster ages available after carefully correcting for systematic errors. To identify clusters with a common origin we analysed their dynamical properties, particularly in the space of integrals of motion. $Results$. We find that about 40% of the clusters likely formed in situ. A similarly large fraction, 35%, appear to be possibly associated to known merger events, in particular to $Gaia$-Enceladus (19%), the Sagittarius dwarf galaxy (5%), the progenitor of the Helmi streams (6%), and to the Sequoia galaxy (5%), although some uncertainty remains due to the degree of overlap in their dynamical characteristics. Of the remaining clusters, 16% are tentatively associated to a group with high binding energy, while the rest are all on loosely bound orbits and likely have a more heterogeneous origin. The resulting age-metallicity relations are remarkably tight and differ in their detailed properties depending on the progenitor, providing further confidence on the associations made. $Conclusions$. We provide a table listing the likely associations. Improved kinematic data by future Gaia data releases and especially a larger, systematic error-free sample of cluster ages would help to further solidify our conclusions.

研究の動機と目的

• 運動学的および年齢データを用いて、銀河の球状星団系の形成歴を制約すること。
• 銀河の構築歴における既知の合体イベントと球状星団との関連を特定すること。
• 年齢測定における系統的誤差を補正することで、星団起源の割り当てに関する不確実性を低減すること。
• 星団との関連を通じて、銀河のハローの動的および化学的進化をより深く理解すること。

提案手法

• ほぼすべての銀河の球状星団についてガウスが提供する運動学的データと、利用可能な最大の年齢サンプルを統合する。
• 年齢測定における系統的誤差を補正することで、年齢に基づく関連性の信頼性を向上させる。
• 運動量の積分を用いて動的特性を分析し、共通の起源を持つグループを同定する。
• 動的類似性と軌道特性を用いて、星団を特定の合体イベントに結びつける。
• 各星団グループの年齢と金属量の関係を評価し、関連性を検証する。
• 統計的および動的整合性に基づいて、星団と起源天体との関連性をまとめた表を構築する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河の球状星団の中で、ガイア・エンセルラダスやさそり座のような既知の合体イベントに関連すると考えられるのはどれか？
• RQ2 銀河のハローで、どのくらいの割合の球状星団が現地で形成され、どのくらいが外部から来ているのか？
• RQ3 年齢と金属量の関係が、提案された星団と起源天体の関連性をどの程度裏付けているか？
• RQ4 軌道が一様でない星団の割合はどれくらいで、これは共通の起源ではなく複数の起源を示唆するか？
• RQ5 運動量の積分のような動的特性は、異なる起源を持つ星団のグループをどのように同定するのを助けるか？

主な発見

• 銀河の球状星団の約40%が現地で形成されたとされ、これは顕著な現地形成成分を示している。
• 約35%の星団が既知の合体イベントに関連すると考えられ、ガイア・エンセルラダスが19%、さそり座が5%、ヘルミープロジェネーターが6%、シエウオイアが5%を占める。
• 残りの16%の星団は、高結合エネルギー群に関連すると一時的に結びつけられており、別個の動的起源を示唆している。
• 残りの星団は緩い束縛軌道上にあり、より多様でおそらく複数の起源を持つ形成歴を示している。
• 各星団グループ内での年齢と金属量の関係はきわめて明確であり、起源天体に応じて詳細な性質が異なるため、関連性の妥当性が裏付けられている。
• 将来的にガウスのデータの向上と、より大規模で誤差のない星団年齢サンプルが得られれば、星団と起源天体との関連性がさらに洗練されるものと期待される。