[论文解读] A Revised Velocity for the Globular Cluster GC-98 in the Ultra Diffuse Galaxy NGC1052-DF2

Pieter van Dokkum, Yotam Cohen+10 more|arXiv (Cornell University)|Jun 12, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用 5

一句话总结

本文利用结合的LRIS+DEIMOS光谱，将超弥散星系NGC 1052-DF2中球状星团GC-98的径向速度从1764 km/s修订为1784 km/s，使固有速度弥散降低至σ_intr = 5.6⁺⁵.²₋₃.₈ km/s。修订后的值与恒星运动一致，强化了NGC 1052-DF2极度缺乏暗物质的结论，其位置远低于经典的恒星质量-晕质量关系。

ABSTRACT

We recently published velocity measurements of luminous globular clusters in the galaxy NGC1052-DF2, concluding that it lies far off the canonical stellar mass - halo mass relation. Here we present a revised velocity for one of the globular clusters, GC-98, and a revised velocity dispersion measurement for the galaxy. We find that the intrinsic dispersion $σ=5.6^{+5.2}_{-3.8}$ km/s using Approximate Bayesian Computation, or $σ=7.8^{+5.2}_{-2.2}$ km/s using the likelihood. The expected dispersion from the stars alone is ~7 km/s. Responding to a request from the Editors of ApJ Letters and RNAAS, we also briefly comment on the recent analysis of our measurements by Martin et al. (2018).

研究动机与目标

• 在发现此前被忽略的LRIS光谱后，重新评估NGC 1052-DF2中球状星团GC-98的径向速度。
• 评估修订后速度对NGC 1052-DF2固有速度弥散及晕质量约束的影响。
• 根据更新的动力学数据，重新评估该星系的引力质量与暗物质含量，特别是其与恒星质量-晕质量（SMHM）关系的偏离程度。
• 通过似然与近似贝叶斯计算（ABC）方法，精炼速度弥散估计，以解决关于该星系暗物质含量的相互矛盾解释。
• 强化NGC 1052-DF2是SMHM关系中极端异常值的结论，其暗物质含量极低。

提出的方法

• 将LRIS与DEIMOS光谱仪的28,800秒曝光时间合并，获得GC-98的高信噪比光谱。
• 采用与van Dokkum等人（2018a）相同的方法重新推导径向速度，修正原始DEIMOS拟合中存在系统残差的问题。
• 在近似贝叶斯计算（ABC）中，使用biweight尺度与均方根（rms）作为汇总统计量，以估计固有速度弥散，且不假设参数化似然形式。
• 使用基于似然的推断方法，结合修订后的速度，计算σ_intr及其置信区间。
• 将推导出的σ_intr与恒星速度弥散（σ_stars = 7.0⁺¹.⁶₋₁.³ km/s）及SMHM关系的预期值（σ_intr ≈ 35 ± 6 km/s）进行比较。
• 通过M/L比值评估晕质量，并与SMHM关系的预期值进行比较，同时考虑质量-光度比的径向依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在发现额外LRIS光谱的前提下，NGC 1052-DF2中球状星团GC-98的真实径向速度是多少？
• RQ2 GC-98的修订速度如何影响NGC 1052-DF2中球状星团系统的固有速度弥散？
• RQ3 修订后的弥散在多大程度上支持或反驳NGC 1052-DF2缺乏暗物质的假设？
• RQ4 更新后的σ_intr约束与恒星仅有的弥散及SMHM关系预测相比如何？
• RQ5 在像NGC 1052-DF2这样的超弥散星系中，M/L比值能否作为晕质量的可靠代理？

主要发现

• GC-98的修订径向速度为cz = 1784⁺¹⁰₋₁⁰ km/s，与先前报告的1764⁺¹¹₋₁⁴ km/s相比有显著偏移，原因是原始DEIMOS拟合中存在系统残差。
• 固有速度弥散现估计为σ_intr = 5.6⁺⁵.²₋₃.₈ km/s（90%置信水平），基于似然的估计值为7.8⁺⁵.²₋₂.² km/s。
• 修订后的σ_intr与恒星速度弥散（σ_stars = 7.0⁺¹.⁶₋₁.³ km/s）一致，表明暗物质贡献极小。
• 在R = 7.6 kpc范围内，晕质量被约束为M_halof < 1 × 10⁹ M⊙，暗示M_halof / M_stars比值为数量级1，远低于SMHM关系预期的约300。
• 该星系位于SMHM关系以下至少60倍，进一步强化其在低质量端作为极端异常值的地位。
• NGC 1052-DF2的M/L比值不能作为晕质量的可靠代理，因其存在强烈的径向依赖性，且M/L < 8.1的值并不意味着存在显著的暗物质含量。