[论文解读] The ESO-VLT MIKiS survey reloaded: velocity dispersion profile and rotation curve of NGC 1904

Silvia Leanza, Cristina Pallanca+9 more|arXiv (Cornell University)|Mar 14, 2022

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 91被引用 13

一句话总结

本研究利用高分辨率MUSE光谱和Gaia EDR3自行数据，对银河系球状星团NGC 1904进行了全面的运动学分析。结果揭示了沿视线方向的旋转峰值为1.5 km s⁻¹，速度弥散度平台值为5.9 ± 0.3 km s⁻¹，旋转轴倾角为37°。与N体模拟的对比表明，NGC 1904是一个动力学年龄较老的系统，已损失了显著的初始角动量，支持其演化动力学状态的结论。

ABSTRACT

We present an investigation of the internal kinematic properties of M79 (NGC 1904). Our study is based on radial velocity measurements obtained from the ESO-VLT Multi-Instrument Kinematic Survey (MIKiS) of Galactic globular clusters for more than 1700 individual stars distributed between $\sim 0.3^{\prime\prime}$ and $770^{\prime\prime}$ ($\sim14$ three-dimensional half-mass radii), from the center. Our analysis reveals the presence of ordered line-of-sight rotation with a rotation axis almost aligned along the East-West direction and a velocity peak of $1.5$ km s$^{-1}$ at $\sim 70^{\prime\prime}$ from the rotation axis. The velocity dispersion profile is well described by the same King model that best fits the projected density distribution, with a constant central plateau at $\sigma_0\sim 6$ km s$^{-1}$. To investigate the cluster rotation in the plane of the sky, we have analyzed the proper motions provided by the Gaia EDR3, finding a signature of rotation with a maximum amplitude of $\sim 2.0$ km s$^{-1}$ at $\sim 80^{\prime\prime}$ from the cluster center. Analyzing the three-dimensional velocity distribution, for a sub-sample of 130 stars, we confirm the presence of systemic rotation and find a rotation axis inclination angle of $37${\deg} with respect to the line-of-sight. As a final result, the comparison of the observed rotation curves with the results of a representative N-body simulation of a rotating star cluster shows that the present-day kinematic properties of NGC 1904 are consistent with those of a dynamically old system that has lost a significant fraction of its initial angular momentum.

研究动机与目标

• 利用高分辨率光谱和自行数据表征NGC 1904的三维内部运动学。
• 在0.3′′至770′′的径向范围内确定该星团的速度弥散度剖面和旋转曲线。
• 通过将观测到的运动学特性与N体模拟进行比较，研究NGC 1904的动力学演化过程。
• 评估该星团当前的运动学状态是否支持存在中等质量黑洞，或仅反映其内部动力学演化。
• 通过多技术运动学分析，约束NGC 1904的初始条件与演化历史。

提出的方法

• 获取了NGC 1904内15′′范围内的高分辨率MUSE光谱（窄场模式，NFM），补充了来自MIKiS调查的现有数据。
• 将MUSE数据与档案中较低分辨率的MUSE观测数据结合，将覆盖范围扩展至距星团中心约67′′。
• 测量了超过1700颗恒星的径向速度，并对来自不同仪器和观测历元的数据集进行了统一处理。
• 分析Gaia EDR3自行数据，以推导出天球面上的旋转曲线，同时考虑了星团中心和系统速度的影响。
• 利用130颗恒星的子样本构建三维速度空间模型，以确定旋转轴的取向和倾角。
• 将观测到的旋转与弥散度剖面与一个旋转恒星团的N体模拟（VBrotF04模型）结果进行比较，以推断其动力学演化过程。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 1904的速度弥散度剖面在三维空间中如何分布？其与基于表面密度分布拟合的King模型相比有何异同？
• RQ2 该星团在天球面上的旋转幅度与方向为何？其沿视线方向的旋转特征如何？
• RQ3 旋转轴相对于视线的倾角是多少？该倾角如何影响观测到的运动学特征？
• RQ4 NGC 1904的观测运动学特性与具有相似初始条件的模拟旋转恒星团相比有何异同？
• RQ5 NGC 1904在多大程度上损失了其初始角动量？这一损失对星团的动力学年龄和演化历史有何启示？

主要发现

• NGC 1904的速度弥散度剖面可用一个King模型良好描述，其核心弥散度平台值为σ₀ = 5.9 ± 0.3 km s⁻¹。
• 在距离旋转轴约70′′处检测到沿视线方向的旋转峰值，为1.5 km s⁻¹，旋转轴方向沿东西向（位置角PA = 98°）。
• 根据Gaia EDR3自行数据推导，天球面上的旋转在距星团中心约80′′处达到最大幅度−2.0 km s⁻¹。
• 通过130颗恒星的三维速度空间分析，得出旋转轴相对于视线的倾角为37°。
• 观测到的旋转曲线与速度弥散度剖面最符合一个已损失显著初始角动量的旋转星团N体模拟结果。
• NGC 1904的动力学状态与一个动力学年龄较老、已演化的系统一致，基于运动学证据，不支持其中存在中心中等质量黑洞。