[论文解读] The Dark Energy Survey view of the Sagittarius stream: discovery of two faint stellar system candidates

E. Luque, A. Pieres+64 more|Americanae (AECID Library)|Aug 13, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用 3

一句话总结

本论文利用暗能量巡天（DES）前两年的数据，发现了两个微弱星体系统候选体——DES J0111−1341 和 DES J0225+0304。这两个候选体距离太阳约25 kpc，表现出古老且金属贫乏的星族特征。它们靠近人马座流的轨道平面，且结构参数也支持其可能与该流相关联，标志着首次发现与人马座流相关的潜在超微弱星体系统，若光谱后续观测证实其具有束缚状态和运动学一致性，则这也将是首个被确认的超微弱卫星星系的卫星星系。

ABSTRACT

We report the discovery of two new candidate stellar systems in the constellation of Cetus using the data from the first two years of the Dark Energy Survey (DES). The objects, DES J0111-1341 and DES J0225+0304, are located at a heliocentric distance of ~ 25 kpc and appear to have old and metal-poor populations. Their distances to the Sagittarius orbital plane, ~ 1.73 kpc (DES J0111-1341) and ~ 0.50 kpc (DES J0225+0304), indicate that they are possibly associated with the Sagittarius dwarf stream. The half-light radius (r_h ~ 4.55 pc) and luminosity (M_V ~ +0.3) of DES J0111-1341 are consistent with it being an ultrafaint stellar cluster, while the half-light radius (r_h ~ 18.55 pc) and luminosity (M_V ~ -1.1) of DES J0225+0304 place it in an ambiguous region of size-luminosity space between stellar clusters and dwarf galaxies. Determinations of the characteristic parameters of the Sagittarius stream, metallicity spread (-2.18 < [Fe/H] < -0.95) and distance gradient (23 kpc < D_sun < 29 kpc), within the DES footprint in the Southern hemisphere, using the same DES data, also indicate a possible association between these systems. If these objects are confirmed through spectroscopic follow-up to be gravitationally bound systems and to share a Galactic trajectory with the Sagittarius stream, DES J0111-1341 and DES J0225+0304 would be the first ultrafaint stellar systems associated with the Sagittarius stream. Furthermore, DES J0225+0304 would also be the first confirmed case of an ultrafaint satellite of a satellite.

研究动机与目标

• 利用暗能量巡天（DES）提供的深空光学测光数据，识别南天银晕中的新微弱星体系统。
• 基于空间、测光和运动学标准，研究新发现的系统与人马座矮星系潮汐流之间可能存在的关联性。
• 确定候选系统的结构与星族参数，以将其分类为超微弱星团或矮星系。
• 评估人马座流在DES观测区域内的金属量弥散度与距离梯度，以支持动力学关联性分析。

提出的方法

• 利用暗能量巡天（DES）Y2Q1数据释放提供的深空光学影像，覆盖南天球约1000 deg²的区域。
• 在人马座流轨道坐标系与银道坐标系中构建密度图与赫罗图，以识别恒星的过密区域与次级结构。
• 应用测光与结构分析方法，推导候选系统的半光半径、绝对星等，以及颜色-星等图拟合结果。
• 利用去污染赫罗图中测得的人马座流金属量与距离梯度，与候选系统特性进行比较。
• 在流周围定义“源区”与“背景区”，以建模背景恒星密度，提升过密区域检测的显著性。
• 采用测光距离估计与星族合成建模，推断候选系统的年龄、金属量与距离。

实验结果

研究问题

• RQ1 在DES观测区域内，是否存在此前未被探测到的、与人马座矮星系潮汐流相关的微弱星体系统？
• RQ2 候选系统的结构与测光特性是否与超微弱星团或矮星系的特征一致？
• RQ3 是否存在运动学或空间证据表明候选体与人马座流相关联，特别是考虑到其靠近流的轨道平面？
• RQ4 DES观测区域内人马座流的金属量弥散度与距离梯度如何？其与已知次级结构相比有何异同？
• RQ5 鉴于DES J0225+0304在大小-光度关系上的分类模糊，它是否可能代表首个被确认的超微弱卫星星系的卫星星系？

主要发现

• DES J0111−1341 的半光半径为 4.55 pc，V波段绝对星等为 +0.3，与超微弱星团的特征一致。
• DES J0225+0304 的半光半径为 18.55 pc，V波段绝对星等为 -1.1，处于介于星团与矮星系之间的模糊大小-光度区域。
• 两个候选体的太阳系距离均约为 25 kpc，其中 DES J0111−1341 为 26.5 kpc，DES J0225+0304 为 23.8 kpc。
• 两个候选体分别距离人马座流轨道平面 1.73 kpc 和 0.50 kpc，提示可能存在潮汐关联。
• DES 观测区域内的人马座流表现出从 [Fe/H] ≈ -2.18 到 -0.95 的金属量弥散度，以及从 23 到 29 kpc 的距离梯度，表明存在多个恒星族。
• 若经光谱后续观测证实，DES J0111−1341 将是首个与人马座流相关联的超微弱星体系统，而 DES J0225+0304 将是首个被确认的超微弱卫星星系的卫星星系。