[论文解读] Milky Way's eccentric constituents with $Gaia$, APOGEE $\&$ GALAH

G. C. Myeong, Vasily Belokurov+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用 1

一句话总结

本研究利用无监督高斯混合模型（GMM）对盖亚（Gaia）、APOGEE DR17 和 GALAH DR3 的化学动力学数据进行分析，将本地恒星晕分解为四个主要成分：三个已知成分（Aurora、Splash、Gaia-Sausage/Enceladus）和一个新发现的原位成分 Eos。关键发现是，Eos 展现出显著的金属量依赖性化学演化特征，表明其形成于受 GS/E 并合事件污染的气体之中，暗示其与这一古老吸积事件密切相关，为银河系的化学动力学组装过程提供了新见解。

ABSTRACT

We report the results of an unsupervised decomposition of the local stellar halo in the chemo-dynamical space spanned by the abundance measurements from APOGEE DR17 and GALAH DR3. In our Gaussian Mixture Model, only four independent components dominate the halo in the Solar neighborhood, three previously known $Aurora$, $Splash$ and Gaia-Sausage/Enceladus (GS/E) and one new, $Eos$. Only one of these four is of accreted origin, namely the GS/E, thus supporting the earlier claims that the GS/E is the main progenitor of the Galactic stellar halo. We show that $Aurora$ is entirely consistent with the chemical properties of the so-called Heracles merger. In our analysis in which no predefined chemical selection cuts are applied, $Aurora$ spans a wide range of [Al/Fe] with a metallicity correlation indicative of a fast chemical enrichment in a massive galaxy, the young Milky Way. The new halo component dubbed $Eos$ is classified as $in situ$ given its high mean [Al/Fe]. $Eos$ shows strong evolution as a function of [Fe/H], where it changes from being the closest to GS/E at its lowest [Fe/H] to being indistinguishable from the Galactic low-$\alpha$ population at its highest [Fe/H]. We surmise that at least some of the outer thin disk of the Galaxy started its evolution in the gas polluted by the GS/E, and $Eos$ is an evidence of this process.

研究动机与目标

• 利用化学动力学数据识别并表征本地银河系恒星晕中的主导恒星成分。
• 通过无监督聚类方法确定新发现的晕成分 Eos 的起源（吸积或原位形成）。
• 研究 Eos 的化学演化过程，并探讨其与 Gaia-Sausage/Enceladus（GS/E）并合事件的潜在关联。
• 检验 Aurora 是否与 Heracles 并合事件一致，通过化学与运动学一致性进行验证。
• 通过分析 Eos 在不同金属量下的化学趋势，探讨 GS/E 在触发原位恒星形成中的作用。

提出的方法

• 在 APOGEE DR17 和 GALAH DR3 的元素丰度测量所定义的化学动力学空间中应用无监督高斯混合模型（GMM）。
• 该模型在太阳邻近区域的晕中识别出四个主导成分，且未预设化学阈值或对成分起源的先验假设。
• 通过化学特征推断成分起源：高 [Al/Fe] 表明原位形成，而独特的 [α/Fe] 和 [Eu/Fe] 模式可识别吸积系统。
• GMM 将数据分解为多元正态分布的混合，实现对重叠恒星族的统计分离。
• 分析 [Fe/H] 跨度的化学趋势，以追踪演化序列，尤其关注 Eos 和 GS/E 的演化路径。
• 该方法可在不预先筛选金属量或丰度比的情况下，检测到细微的化学相关性（如 [Al/Fe]–[Fe/H]、[Ni/Fe]–[Fe/H]）

实验结果

研究问题

• RQ1 在化学动力学空间中，本地恒星晕的主导成分是什么？需要多少个成分才能充分描述数据？
• RQ2 新发现的成分 Eos 是吸积形成还是原位形成？其起源的证据是什么？
• RQ3 Aurora 成分是否与 Heracles 并合事件的化学与运动学特性一致？
• RQ4 Eos 的化学组成如何随金属量演化？这对其形成环境有何启示？
• RQ5 GS/E 并合事件是否可通过气体污染与外薄盘的形成相联系，如 Eos 的化学趋势所暗示的那样？

主要发现

• 本地恒星晕最合理的描述为四个主导成分：Aurora、Splash、Gaia-Sausage/Enceladus（GS/E）以及一个新发现的原位成分 Eos。
• 仅 GS/E 成员为吸积起源，支持其作为银河系恒星晕主要前身体的角色。
• Aurora 在化学上与 Heracles 并合事件一致，表现出 [Ce/Fe]、[Al/Fe]、[Y/Fe]、[Ba/Fe] 与 [Fe/H] 之间的强相关性，表明其源自一个质量大、快速富集的前身体。
• Eos 展现出显著的 [Fe/H] 依赖性演化：在低金属量时，其特征与最富金属的 GS/E 成员相似；在高 [Fe/H] 时，则无缝融入低 α（薄盘）恒星族。
• Eos 成分显示出 [Al/Fe]、[Mn/Fe]、[Eu/Fe]、[Ni/Fe] 与 [Fe/H] 之间的清晰相关性，表明其形成于受 GS/E 并合事件污染的气体之中。
• GS/E 成分在 APOGEE 中根据 [Al/Fe] 和 [Ni/Fe] 趋势被划分为两个亚成分，反映了其前身体化学演化中不同阶段的特征——早期高 α 平台与后期受 Ia 型超新星影响的下降阶段。