[论文解读] The ultra-diffuse galaxy NGC 1052-DF2 with MUSE: I. Kinematics of the stellar body

Éric Emsellem, R. F. J. van der Burg+15 more|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 83被引用 41

一句话总结

本论文首次利用 MUSE 对 DF2 的恒星体进行分光分析，推导出其系统速度、一个弱的类纵长旋转以及较低的恒星速度色散，对其质量/暗物质含量有影响。

ABSTRACT

The so-called ultra-diffuse galaxy NGC~1052-DF2 was announced to be a galaxy lacking dark matter based on a spectroscopic study of its constituent globular clusters. Here we present the first spectroscopic analysis of the stellar body of this galaxy using the MUSE integral-field spectrograph at the (ESO) Very Large Telescope. The MUSE datacube simultaneously provides DF2's stellar velocity field and systemic velocities for seven globular clusters (GCs). We further discovered three planetary nebulae (PNe) that are likely part of this galaxy. While five of the clusters had velocities measured in the literature, we were able to confirm the membership of two more candidates through precise radial velocity measurements, which increases the measured specific frequency of GCs in DF2. The mean velocity of the diffuse stellar body, 1792.9$^{-1.8}_{+1.4}$~\kms, is consistent with the mean globular cluster velocity. We detect a weak but significant velocity gradient within the stellar body, with a kinematic axis close to the photometric major-axis, making it a prolate-like rotator. We estimate a velocity dispersion from the clusters and PNe of $σ_{\mathrm{int}}=10.6^{+3.9}_{-2.3}$~\kms. The velocity dispersion $σ_{ m{DF2}\star}$( e) for the stellar body within one effective radius is $10.8^{-4.0}_{+3.2}$~\kms. Considering various sources of systemic uncertainties this central value varies between 5 and 13~\kms, and we conservatively report a 95\% confidence upper limit to the dispersion within one e\ of 21~\kms. We provide updated mass estimates based on these dispersions corresponding to the different distances to NGC~1052-DF2 that have been reported in the recent literature.

研究动机与目标

• 基于 DF2 的暗物质辩论以及刻画恒星体运动学的需要来提出本研究的动机。
• 利用 MUSE 数据提供对 DF2 系统速度及速度场的稳健测量。
• 表征恒星体及离散示踪物（球状星团和行星状星云）的速度色散。
• 评估旋转/运动结构并与 GC/PN 的运动学进行比较，以推断动力学质量的含义。
• 在文献讨论的不同距离假设下，提供 DF2 的更新质量估计。

提出的方法

• 使用 VLT/MUSE 对 DF2 进行积分场光谱观测，总 on-target 时间约为 ~5.1 小时。
• 使用 MUSE esorex 流程对数据进行规约，并通过天空线对波长进行标定，统一性为 2 km/s；使用 Zurich Atmosphere Purge (ZAP) 进行天空扣除。
• 对 DF2、GCs 和 PNe 提取光谱，使用 PSF 匹配的光圈和高斯权重；构建全局光谱与 Voronoi 细分的图。
• 使用 pPXF，并结合两套星族库（eMiles 和 Pegase-HR）拟合模板、推导速度与色散，并进行自助引导重采样以估计不确定性。
• 考虑波长依赖的光谱分辨率（LSF），并测试对模板选择、光谱范围和背景处理的鲁棒性。

实验结果

研究问题

• RQ1 DF2 恒星体的系统速度是多少？它是否与其 GC 系统一致？
• RQ2 DF2 恒星体的速度场及任何旋转信号为何？它是否更像扁平（oblate）还是拉长（prolate）的运动学？
• RQ3 在一个有效半径内，DF2 的速度色散是多少？使用不同模板和光谱区域时的比较如何？
• RQ4 相关的 GC 的速度和发现的 PNe 的速度与星系的系统速度及运动趋势相比如何？
• RQ5 在不同距离假设下，测得的运动学参数对 DF2 的动力学质量与暗物质含量有何影响？

主要发现

• 恒星体的系统速度为 1792.9 km/s，统计不确定性为 -1.8/+1.4，系统性不确定性为 -1.3/+0.2。
• 存在一个弱但显著的速度梯度，运动轴接近光度学主轴，表明为 prolate-like 旋转。
• 从球状星团和 PNe 推断的内在速度色散为 σ_int = 10.6^{+3.9}_{-2.3} km/s。
• 在一个有效半径内，恒星体色散为 σ_DF2★(R_e) = 10.8^{+3.2}_{-4.0} km/s，考虑系统误差，95% 上限为 21 km/s。
• 色散在 0.5–1.5 R_e 内保持一致，名义值约为 9–11 km/s，取决于模板与光谱区域。
• 考虑到测得的色散，在不同假设距离（13 vs 20 Mpc）下提供了 DF2 的更新质量估计。