[论文解读] The Orbits and Total Mass of the Magellanic Clouds

Gurtina Besla|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 10

一句话总结

本文基于哈勃空间望远镜的自行测量和动力学建模，提出大、小麦哲伦云正处于首次落入银河系的阶段。研究结论认为，它们的总质量约为传统估计值的10倍，这一高质​​量是解释其高三维速度以及双星系统的稳定性所必需的，从而排除了以往的轨道模型，并暗示了麦哲伦流和桥的形成源于近期吸积和潮汐作用。

ABSTRACT

This proceeding overviews our current understanding of the orbital history and mass of the Large and Small Magellanic Clouds. Specifically I will argue that the Clouds are on their first infall about our Milky Way and that their total masses are necessarily ~10 times larger than traditionally estimated. This conclusion is based on the recently revised HST proper motions of the Clouds and arguments concerning the binary status of the LMC-SMC pair and their baryon fractions

研究动机与目标

• 通过重新评估其三维速度和质量，解决关于麦哲伦云轨道历史的争议。
• 确定大、小麦哲伦云是否作为双星系统被束缚，或已在银河系周围完成多次轨道运行。
• 评估高气体分数和恒星形成历史对云团吸积至银河系时间的影响。
• 将观测到的麦哲伦流和桥结构与首次吸入门情景相协调，而非长期卫星历史。
• 通过证明低质量假设无法维持测量速度下的稳定大-小麦哲伦云双星系统，挑战现有假设云团质量较低的模型。

提出的方法

• 利用哈勃空间望远镜（HST）在7年基线上测量大、小麦哲伦云中恒星的自行，每区域随机误差为1–2%。
• 应用三维速度重建方法，确定大麦哲伦云（321 ± 23 km/s）和小麦哲伦云（217 ± 26 km/s）相对于银心的径向和切向速度。
• 在小麦哲伦云自行的完整误差空间内进行蒙特卡洛模拟，以检验大-小麦哲伦云双星轨道的可行性。
• 通过要求在所有过去时刻，两云之间的相对速度始终低于大麦哲伦云的局部逃逸速度，评估轨道稳定性。
• 在ΛCDM框架下，结合云团的重子分数和暗物质晕结构约束，推断其总质量。
• 评估轨道解与大、小麦哲伦云观测气体含量及恒星形成历史的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 麦哲伦云是否正处于首次落入银河系势阱的阶段，还是已完成了多次轨道运行？
• RQ2 大、小麦哲伦云的总质量是多少？其质量如何影响它们的轨道动力学与稳定性？
• RQ3 在高相对速度和当前三维运动下，大、小麦哲伦云能否维持稳定的双星构型？
• RQ4 观测到的高气体分数和小麦哲伦云过去40亿年持续的恒星形成，如何约束其吸积至银河系的时间？
• RQ5 首次吸入门情景对麦哲伦流、桥和前导臂起源有何影响？

主要发现

• 大麦哲伦云相对于银河系的速度为321 ± 23 km/s，小麦哲伦云为217 ± 26 km/s，两者均显著高于以往估计值。
• 大、小麦哲伦云之间的相对速度为128 ± 32 km/s，超过大麦哲伦云的局部逃逸速度，若云团曾先前绕银河系运行，则无法维持稳定双星轨道。
• 大、小麦哲伦云的总质量必须至少为传统估计值的10倍——这表明其重子分数与典型矮星系一致。
• 仅当大麦哲伦云质量较高且银河系质量较低或适中时，才能实现长期存在的大-小麦哲伦云双星轨道，这与首次吸入门情景一致。
• 小麦哲伦云过去40亿年持续的高气体分数和恒星形成，与50亿年以上卫星预期的熄灭历史不一致，支持其吸积时间在10–20亿年前。
• 麦哲伦流和桥可能形成于大、小麦哲伦云首次近距离接近时，而非长期潮汐相互作用所致，支持这些结构起源于首次吸入门的起源。