Busca e análise de sistemas estelares do halo externo da galáxia

Abstract

Uma previsão fundamental do cenário L cold dark matter (LCDM) na formação de estruturas é que os halos galácticos de DM do tamanho da Via Láctea (MW) crescem pela acreção de subsistemas menores. Neste contexto, simulações deNð€€€corpos prevêem um número de sub-halos de matéria escura, cujo tamanho e massa são comparáveis à s galáxias anãs, que é muito maior do que as galáxias satélites conhecidas. Este é o que se convencionu chamar de problema das satélites faltantes (MSP). A interpretação mais popular do MSP é que os sub-halos de matéria escura menores são extremamente ineficientes na formação de estrelas, o que torna mais difícil detectá-los. Com a chegada dos grandes levantamentos fotométricos, nos últimos anos, a descoberta de uma nova população de galáxias satélites que orbitam a MW fornece evidências empíricas para acreditar que realmente existem várias galáxias pouco luminosas não detectadas ou que simplesmente habitam regiões no céu que ainda não foram observadas. Neste trabalho implementamos um algoritmo estatístico eficiente para detectar subestruturas ultra fracas da MW. O código, chamado SPARSEX, foi testado e otimizado usando um conjunto de objetos estelares previamente identificados nos dados do Sloan Digital Sky Survey (SDSS), conseguindo recuperar todos os objetos com sucesso. Além disso, a aplicação do algoritmo aos dados dos dois primeiro anos do Dark Energy Survey (DES) deu como resultado centenas de candidatos a sistemas estelares. Dezessete sistemas estelares detectados em comum com outras técnicas de busca por subestruturas, implementadas dentro do grupo de colaboração do DES, foram publicados em três artigos em 2015. Um dos candidatos publicados é o aglomerado estelar DES 1. DES1 foi detectado pelo código SPARSEX com uma alta significância estatística e aparece nas imagens do DES como uma concentração compacta de fontes pontuais azuis. O sistema estelar é consistente com uma população velha e pobre em metal. Assumindo dois diferentes perfis de densidade, os quais permitem estimar a probabilidade de que cada estrela realmente pertença ao sistema, determinamos uma distância heliocêntrica e uma magnitude absoluta total num intervalo de 77.6—87.1 kpc e ð€€€3.00 . MV . ð€€€2.21, respectivamente. O raio à meia-luz desse objeto, rh 9.88 pc, e a luminosidade são consistentes com um aglomerado estelar de baixa luminosidade do halo externo. DES1 também é x alongado (e 0.6), o que faz supor que este objeto está em estágio avançado de dissolução. Mais tarde, através de uma cuidadosa reanálise de nossos resultados, dois novos candidatos foram detectados, DES J0111ð€€€1341 e DES J0225+0304. Os candidatos estão localizados a uma distância heliocêntrica de 25 kpc e parecem também estar dominados por populações estelares velhas e pobres em metais. Suas distâncias ao plano orbital da galáxia anã de Sagitário, 1.73 kpc (DES J0111ð€€€1341) e 0.50 kpc (DES J0225+0304), indicam que eles estão possivelmente associados com a corrente da anã de Sagitário. O raio à meia-luz (rh ' 4.55 pc) e a luminosidade (MV ' +0.3) de DES J0111ð€€€1341 são consistentes com um aglomerado estelar ultra fraco, enquanto o raio à meia-luz (rh ' 18.55 pc) e a luminosidade (MV ' ð€€€1.1) de DES J0225+0304 colocam este objeto em uma região ambígua do plano tamanho-luminosidade entre aglomerados estelares e galáxias anãs. Determinações dos parâmetros característicos da corrente de Sagitário, tais como o espalhamento de metalicidade (ð€€€2.18 . [Fe/H] . ð€€€0.95) e o gradiente de distância (23 kpc . D . 29 kpc), dentro da área amostrada do DES no hemisfério sul, também indicam uma possível associação com estes sistemas. Se esses objetos forem confirmados através de follow-up espectroscópico como sistemas ligados gravitacionalmente e compartilharem uma trajetoria Galáctica com a corrente de Sagitário, DES J0111ð€€€1341 e DES J0225+0304 seriam os primeiros sistemas estelares ultra fracos associados com tal corrente. Recentemente, nós reportamos a descoberta de um novo aglomerado estelar, DES 3. O novo sistema foi detectado como uma sobredensidade estelar nos dados do primeiro ano do DES e confirmado com follow-up fotométrico obtido com o Southerm Astrophysical Research (SOAR) Telecope. Nós determinamos que DES 3 está localizado a uma distância heliocêntrica de 76 kpc e é dominado por uma população velha (' 9.8Ganos) e pobre em metal ([Fe/H] ' ð€€€1.88). Embora os valores de idade e metalicidade de DES 3 são semelhantes aos aglomerados globulares, o seu raio à meia-luz (rh 6.5 pc) e a luminosidade (MV ð€€€1.9) são mais indicativos de um aglomerados estelar fraco. Com base no tamanho angular aparente, o DES 3, com um valor de rh 0.03, está entre os menores aglomerados estelares fracos conhecidos até à data. Estas novas detecções indicam que o censo de satélites da MW é ainda incompleto. A identificação e estudo de novos satélites em futuros surveys, como por exemplo o Large Synoptic Survey Telescope (LSST) será crucial para a nossa compreensão das subestruturas existentes no halo Galáctico e a evolução da Galáxia como um todo.

A fundamental prediction of the L cold dark matter (LCDM) scenario of structure formation is that galactic DM haloes of the size of the Milky Way (MW) grow by the accretion of smaller sub-systems. In this context, Nð€€€body simulations predict a number of dark matter subhalos, with size and mass comparable to dwarf galaxies, but which is much larger than currently known satellite galaxies. This is what is conventionally called the missing satellites problem (MSP). The most popular interpretation of the MSP is that the smaller dark matter subhalos are extremely inefficient in star formation, making it more difficult to detect them. With the arrival of large photometric surveys, in recent years, the discovery of a new population of satellite galaxies orbiting the MW provides empirical evidence to believe that there are actually several low luminosity galaxies that were not yet detected or that simply inhabit regions in the sky that have not yet been observed. In this work we present an efficient statistical algorithm to detect ultra-faint MW substructures. The code, called SPARSEX, was tested and optimized using a set of stellar objects previously identified in the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) data. It has detected successfully all known objects. In addition, the algorithm was applied on the first two years of Dark Energy Survey (DES) data, resulting in hundreds of stellar system candidates. Seventeen stellar systems detected in common with other substructure search techniques implemented within the DES collaboration were published in three papers in 2015. In particular, one published candidate is a star cluster, DES 1. DES 1 was detected by the SPARSEX code with high statistical significance and appears in DES images as a compact concentration of blue point sources. The stellar system is consistent with being dominated by an old and metal-poor population. Assuming two different density profiles, based on which we may evaluate a membership probability for each star, we determined a heliocentric distance and total absolute magnitude in the ranges of 77.6—87.1 kpc and ð€€€3.00 . MV . ð€€€2.21, respectively. The half-light radius of this object, rh 9.88 pc, and luminosity are consistent with a low-mass halo star cluster. DES1 is also elongated (e 0.6), which suggests that this object is in advanced stage of dissolution. Later, through a careful reanalysis of our results, two new candidates were detected, DES J0111ð€€€1341 e DES J0225+0304. The candidates are located at a heliocentric xii distance of 25 kpc and appear to have old and metal-poor populations as well. Their distances to the Sagittarius dwarf orbital plane, 1.73 kpc (DES J0111ð€€€1341) and 0.50 kpc (DES J0225+0304), indicate that they are possibly associated with the Sagittarius dwarf stream. The half-light radius (rh ' 4.55 pc) and luminosity (MV ' +0.3) of DES J0111ð€€€1341 are consistent with it being an ultra-faint star cluster, while the half-light radius (rh ' 18.55 pc) and luminosity (MV ' ð€€€1.1) of DES J0225+0304 place it in an ambiguous region of size-luminosity space between star clusters and dwarf galaxies. Determinations of the characteristic parameters of the Sagittarius stream, such as its metallicity spread (ð€€€2.18 . [Fe/H] . ð€€€0.95) and distance gradient (23 kpc . D . 29 kpc), within the DES footprint in the Southern hemisphere, also indicate a possible association with these systems. If theses objects are confirmed through spectroscopic follow-up to be gravitationally bound systems and to share a Galactic trajectory with the Sagittarius stream, DES J0111ð€€€1341 and DES J0225+0304 would be the first ultra-faint stellar systems associated with the Sagittarius stream. Recently, we reported the discovery of a new star cluster, DES 3. The new system was detected as a stellar overdensity in first-year DES data, and confirmed with deeper photometry from the Southern Astrophysical Research (SOAR) telescope. We determine that DES 3 is located at a heliocentric distance of 76 kpc and it is dominated by an old (' 9.8 Gyr) and metal-poor ([Fe/H] ' ð€€€1.88) population. While the age and metallicity values of DES 3 are similar to globular clusters, its half-light radius (rh 6.5 pc) and luminosity (MV ð€€€1.9) are more indicative of faint star clusters. Based on the apparent angular size, DES 3, with a value of rh 0.03, is among the smallest faint star clusters known to date. These new detections indicate that the MW satellites census is still incomplete. The identification and study of new satellites in future surveys, such as the Large Synoptic Survey Telescope (LSST), will be crucial to our understanding of substructures in the Galactic halo and the evolution of the Galaxy as a whole.