轨道环面成像：利用元素丰度梯度测量银盘中的加速度、密度和暗物质
星系天体物理
2023-12-19 v4
摘要
在简单且时间不变的引力势假设下，许多银河动力学技术从恒星运动学观测推断银河系的质量和暗物质分布。这些方法通常依赖于银河系的参数化势模型，并且必须考虑非平凡的巡天选择效应，因为它们利用了相空间中恒星的密度。大规模光谱巡天现在通过精确的恒星标签测量（尤其是元素丰度）提供了运动学之外的信息。已知这些元素丰度与轨道作用量或其他动力学不变量相关。在这里，我们使用轨道环面成像框架，该框架利用相空间中的丰度梯度来映射轨道。在许多情况下，这些梯度可以在不需要详细了解选择函数的情况下测量。我们使用来自APOGEE巡天的恒星表面丰度，结合来自Gaia卫星的运动学数据。我们的方法揭示了银河系中的垂直（z方向）轨道结构，并能够经验测量银盘中的垂直加速度场和轨道频率。从这些测量中，我们推断出总表面质量密度Σ和银盘面体积密度ρ0作为银心半径和高度的函数。在太阳附近，我们使用最具约束力的丰度比[Mg/Fe]得到Σ⊙(z=1.1 kpc)=72^{+6}_{-9} M⊙ pc^{-2}和ρ⊙(z=0)=0.081^{+0.015}_{-0.009} M⊙ pc^{-3}。这对应于暗物质在表面密度中的贡献Σ⊙,DM(z=1.1 kpc)=24±4 M⊙ pc^{-2}，以及在总体积质量密度中的贡献ρ⊙,DM(z=0)=0.011±0.002 M⊙ pc^{-3}。此外，利用这些质量密度值，我们估计低α盘的标长h_R=2.24±0.06 kpc。
引用
@article{arxiv.2312.07664,
title = {Orbital Torus Imaging: Acceleration, density, and dark matter in the Galactic disk measured with element abundance gradients},
author = {Danny Horta and Adrian M. Price-Whelan and David W. Hogg and Kathryn V. Johnston and Lawrence Widrow and Julianne J. Dalcanton and Melissa K. Ness and Jason A. S. Hunt},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.07664},
year = {2023}
}
备注
Accepted for publication in ApJ. 19 pages, 11 figures, 3 Tables