[论文解读] OGLE-ing the Magellanic System: Three-Dimensional Structure of the Clouds and the Bridge Using Classical Cepheids

Anna M. Jacyszyn-Dobrzeniecka, D. M. Skowron+11 more|arXiv (Cornell University)|Feb 29, 2016

Astronomical Observations and InstrumentationEngineering被引用 17

一句话总结

本研究利用来自 OGLE-IV 巡天的 9,418 颗经典造父变星，通过韦森海特星等的周光关系，绘制了大、小麦哲伦云及大麦哲伦桥的三维结构。结果表明，LMC 的北臂向地球方向偏移约 0.5 kpc，SMC 呈非平面的椭球形，具有两个偏离轴心的结构，而桥中则存在全部年龄小于 300 Myr 的年轻造父变星，其距离范围广泛，表明其形成于近期的相互作用之后。

ABSTRACT

We analyzed a sample of 9418 fundamental-mode and first-overtone Classical Cepheids from the OGLE-IV Collection of Classical Cepheids. The distance to each Cepheid was calculated using the period-luminosity relation for the Wesenheit magnitude, fitted to our data. The classical Cepheids in the LMC are situated mainly in the bar and in the northern arm. The eastern part of the LMC is closer to us and the plane fit to the whole LMC sample yields the inclination $i=24.2\pm0.7$ deg and position angle ${ m P.A.}=151.4\pm1.7$ deg. We redefined the LMC bar by extending it in the western direction and found no offset from the plane of the LMC contrary to previous studies. On the other hand, we found that the northern arm is offset from a plane by about $-0.5$ kpc, which was not observed before. The age distribution of the LMC Cepheids shows one maximum at about 100 Myr. We demonstrate that the SMC has a non-planar structure and can be described as an extended ellipsoid. We identified two large ellipsoidal off-axis structures in the SMC. The northern one is located closer to us and is younger, while the south-western is farther and older. The age distribution of the SMC Cepheids is bimodal with one maximum at 110 Myr, and another one at 220 Myr. Younger stars are located in the closer part of this galaxy while older ones are more distant. We classified nine Cepheids from our sample as Magellanic Bridge objects. These Cepheids show a large spread in three-dimensions although five of them form a connection between the Clouds. The closest one is closer than any of the LMC Cepheids, while the farthest one -- farther than any SMC Cepheid. All but one Cepheids in the Magellanic Bridge are younger than 300 Myr. The oldest one can be associated with the SMC Wing.

研究动机与目标

• 利用精确的距离测量，确定大、小麦哲伦云及麦哲伦桥的三维几何结构。
• 研究经典造父变星的空间与年龄分布，作为近期恒星形成与结构特征的示踪器。
• 检验麦哲伦桥是否由近期 LMC-SMC 相互作用中剥离的气体形成。
• 利用重新定义的基于造父变星的模型，重新评估 LMC 的动力学中心及结构组分（棒、旋臂）
• 评估 SMC 翼与偏离轴心结构在 SMC 整体形态与恒星形成历史中的作用。

提出的方法

• 利用韦森海特星等中的周期-光度关系，计算 9,418 颗经典造父变星的距离。
• 对 LMC、SMC 和麦哲伦桥中的造父变星群拟合三维平面，以确定倾角与位置角。
• 利用从周期-光度关系推导出的年龄分布，追踪不同区域的恒星形成历史。
• 在三维空间中绘制造父变星的空间分布，以识别结构组分，如棒、旋臂及偏离轴心的椭球形结构。
• 根据空间与运动学标准，将造父变星划分为不同区域（LMC 棒、北臂、SMC、桥）。
• 比较各区域的距离与年龄分布，以推断结构偏移与形成序列。

实验结果

研究问题

• RQ1 大麦哲伦云的真实三维几何结构是什么，特别是其盘面的倾角与位置角如何？
• RQ2 LMC 的北旋臂是否偏离主盘面平面？若偏离，偏移量是多少？
• RQ3 SMC 的结构如何偏离平面几何？其偏离轴心的椭球形组分揭示了其恒星形成历史的哪些信息？
• RQ4 麦哲伦桥中造父变星的距离分布如何？其对桥的形成时间与起源有何约束？
• RQ5 桥中的造父变星是否与近期相互作用期间的原位形成一致，还是追踪了更古老的恒星种群？

主要发现

• LMC 的北旋臂相对于主盘面平面朝向地球偏移约 0.5 kpc，倾角为 34.4° ± 2.9°，位置角为 123.8° ± 3.8°。
• LMC 棒已被重新定义，包含向西延伸的部分，形成与主盘面一致的连续结构，不再偏离 LMC 平面。
• SMC 呈非平面的椭球形，具有两个显著的偏离轴心结构：一个较年轻、较近的北部成分与一个较年老、较远的西南部成分。
• SMC 造父变星的年龄分布呈双峰，峰值分别位于约 110 Myr 和 220 Myr，表明其经历了两次主要的恒星形成事件，与 LMC-SMC 相互作用相关。
• 九颗麦哲伦桥造父变星中，除一颗外其余均年轻于 300 Myr，最近的一颗比任何 LMC 造父变星都更近，最远的一颗比任何 SMC 造父变星都更远，表明其具有广阔的三维范围。
• 最老的桥中造父变星可能与 SMC 翼相关，暗示翼与桥的形成历史之间可能存在联系。