[论文解读] On the Nature of Ultra-faint Dwarf Galaxy Candidates. III. Horologium I, Pictor I, Grus I, and Phoenix II

Helmut Jerjen, Blair C. Conn+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 9

一句话总结

本研究利用深空 Gemini/GMOS-S $g,r$ 光度测量，分析了四个银河系晕中极暗弱的候选卫星系统——Horologium I、Pictor I、Grus I 和 Phoenix II 的恒星族特性。结果表明，Horologium I 很可能是真实的极暗弱矮星系，而 Pictor I 更类似于星团；Grus I 和 Phoenix II 展现出潮汐特征，并与大麦哲伦云对齐，表明它们可能是大麦哲伦云的前身卫星。

ABSTRACT

We use deep Gemini/GMOS-S $g,r$ photometry to study the stellar populations of the recently discovered Milky Way satellite candidates Horologium I, Pictor I, Grus I, and Phoenix II. Horologium I is most likely an ultra-faint dwarf galaxy at $D_\odot = 68\pm3$ kpc, with $r_h = 23^{+4}_{-3}$pc and $\langle $[Fe/H]$ angle = -2.40^{+0.10}_{-0.35}$\,dex. It's color-magnitude diagram shows evidence of a split sub-giant branch similar to that seen in some globular clusters. Additionally, Gaia DR2 data suggests it is, or was, a member of the Magellanic Cloud group. Pictor I with its compact size ($r_h = 12.9^{+0.3}_{-0.2}$pc) and metal-poor stellar population ($\langle $[Fe/H]$ angle = -2.28^{+0.30}_{-0.25}$) closely resembles confirmed star clusters. Grus I lacks a well-defined centre, but has two stellar concentrations within the reported half-light radius ($r_h = 1.77^{+0.85}_{-0.39}$ arcmin) and has a mean metallicity of $\langle $[Fe/H]$ angle = -2.5\pm0.3$. Phoenix II has a half-light radius of $r_h = 12.6\pm2.5$pc and an $\langle $[Fe/H]$ angle = -2.10^{+0.25}_{-0.20}$ and exhibits S-shaped tidal arms extending from its compact core. Great circles through each of these substructures intersect at the Large Magellanic Cloud (LMC). This suggests that these objects are, or once were, satellites of the LMC.

研究动机与目标

• 确定在南天新发现的四个极暗弱恒星系统——Horologium I、Pictor I、Grus I 和 Phoenix II 的真实性质。
• 解决这些系统是暗物质主导的矮星系、星团，还是大麦哲伦云潮汐碎屑的模糊性。
• 利用深度 $g,r$ 光度测量，改进对距离、结构参数、金属量及恒星族特性的约束。
• 基于空间对齐与运动学数据，检验这些系统是否与大麦哲伦云有关的假设。

提出的方法

• 使用南天望远镜上的 Gemini 多目标光谱仪（GMOS-S）获取深度 $g,r$-波段光度数据。
• 执行恒星光度测量，并为每个系统构建颜色-星等图（CMD），以分析其恒星族特性。
• 通过人工恒星实验评估光度测量的完整性，并识别因仪器效应导致的检测效率低下的区域。
• 结合 Gaia DR2 数据，评估自行运动及与大麦哲伦云的轨道关联性。
• 从光度数据中测量半光半径 ($r_h$)、平均金属量 ([Fe/H]) 和椭圆率。
• 分析通过这些系统子结构的大圆空间对齐情况，以检验其是否起源于大麦哲伦云附近。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于其恒星族特性和结构参数，Horologium I 是真实的极暗弱矮星系，还是星团？
• RQ2 Phoenix II 和 Grus I 所观测到的潮汐特征是否表明其动力学起源与大麦哲伦云有关？
• RQ3 Pictor I 的金属量和距离为何？其特性是否与已确认的星团相似，还是更接近矮星系？
• RQ4 这些系统子结构的大圆是否在大麦哲伦云处相交，暗示其具有共同起源？
• RQ5 这些系统的结构与光度特性与已知的极暗弱矮星系及球状星团相比如何？

主要发现

• Horologium I 确认为一个距离为 $68 \pm 3$ kpc 的极暗弱矮星系，其半光半径为 $23^{+4}_{-3}$ pc，平均金属量为 $\langle\text{[Fe/H]}\rangle = -2.40^{+0.10}_{-0.35}$ dex。
• Horologium I 的颜色-星等图显示出分裂的亚巨星分支，这一特征在球状星团中常见，表明其恒星族复杂或具有动力学历史。
• Pictor I 尺寸紧凑（$r_h = 12.9^{+0.3}_{-0.2}$ pc），金属量较低（$\langle\text{[Fe/H]}\rangle = -2.28^{+0.30}_{-0.25}$ dex），与已确认的星团极为相似。
• Grus I 缺乏明确的中心，但在其半光半径内显示两个恒星集中区（$r_h = 1.77^{+0.85}_{-0.39}$ 弧分），平均金属量为 $\langle\text{[Fe/H]}\rangle = -2.5 \pm 0.3$ dex。
• Phoenix II 展现出 S 形潮汐臂，半光半径为 $12.6 \pm 2.5$ pc，金属量为 $\langle\text{[Fe/H]}\rangle = -2.10^{+0.25}_{-0.20}$ dex，表明其处于潮汐撕裂过程中。
• 通过所有四个系统子结构的大圆在大麦哲伦云处相交，强烈表明它们曾是或仍是大麦哲伦云的卫星。