Andromeda XXI——一个位于低密度暗物质晕中的矮星系

Andromeda XXI（And XXI）被提出作为一个中心暗物质密度低于标准 $\Lambda$ 冷暗物质（$\Lambda$CDM）宇宙学预期的矮椭球星系。在这项工作中，我们给出了该系统中 77 颗成员星的动力学观测，数量超过先前研究的两倍，以确定该星系是否真的是低密度异常体。我们测得系统速度为 $v_r=-363.4\pm1.0\,{\rm kms}^{-1}$，速度弥散为 $\sigma_v=6.1^{+1.0}_{-0.9}\,{\rm kms}^{-1}$，与先前工作一致，且在修正牛顿动力学框架内预测的 $1\sigma$ 范围内。我们还从成员星的光谱测得金属丰度，发现平均值 ${\rm [Fe/H]}=-1.7\pm0.1$~dex。我们使用改进版的 \GravSphere 对 And~XXI 的暗物质密度轮廓建模，在 68% 置信度下发现中心密度 $\rho_{\rm DM}({\rm 150 pc})=2.7_{-1.7}^{+2.7} \times 10^7 \,{\rm M_\odot\,kpc^{-3}}$，以及在两个半光半径处的密度 $\rho_{\rm DM}({\rm 1.75 kpc})=0.9_{-0.2}^{+0.3} \times 10^5 \,{\rm M_\odot\,kpc^{-3}}$。这两者都比 $\Lambda$CDM 中丰度匹配预期的密度低约 ${\sim}3-5$ 倍。我们表明这无法用“暗物质加热”解释，因为 And~XXI 的恒星形成太少，无法显著降低其内区暗物质密度，而暗物质加热只作用于半光半径内的轮廓。然而，如果 And~XXI 经历了极端潮汐剥离（损失 $>95\%$ 的质量），或者它位于一个低浓度晕中、处于经历重复潮汐冲击的俯冲轨道上，则其低密度可在 $\Lambda$CDM 内容纳。